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SEPTIEMBRE NOVIEMBRE 2019

ISSN: 2594-1542

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ÓRGANO OFICIAL DE LA SOCIEDAD MEXICANA DE INGENIERÍA GEOTÉCNICA, A. C.

WWW.SMIG.ORG.MX

LA CIMENTACIÓN FLOTANTE DEL EDIFICIO PARA LA LOTERÍA NACIONAL DE MÉXICO ESTIMACIÓN DE LA CAPACIDAD Y ASENTAMIENTOS DE PILOTES EXCAVADOS CON INYECCIÓN DE PUNTA BAJO CARGA AXIAL CEMENTACIÓN POLIMÉRICA DE SUELOS FACILITADA POR MICROONDAS FUNCIONES Y APLICACIONES DE GEOSINTÉTICOS EN CARRETERAS


Panamericano 2019 Cancún Mx.

www.panamerican2019mexico.com info@panamerican2019mexico.com

XVI CONGRESO PANAMERICANO DE MECÁNICA DE SUELOS E INGENIERÍA GEOTÉCNICA

17 - 20 noviembre 2019 Sede Hotel IBEROSTAR, Cancún Mx Registro www.ecodsa.com.mx/BookingPanamericano.html

Temas técnicos Tema 1. Laboratorio y pruebas de campo Tema 2. Modelado analítico y físico en geotecnia Tema 3. Modelado numérico en geotecnia Tema 4. Suelos no saturados Tema 5. Suelos blandos Tema 6. Cimentaciones y estructuras de retención Tema 7. Excavaciones y túneles Tema 8. Estructuras fuera de costa Tema 9. Ingeniería del transporte en geotecnia Tema 10. Peligros naturales

Tema 11. Presas de tierra y enrocamiento y de relaves (residuos mineros) Tema 12. Dinámica de suelos e ingeniería sísmica Tema 13. Mejoramiento de suelos Tema 14. Sustentabilidad y geoambiente Tema 15. Conservación de sitios históricos Tema 16. Ingeniería forense Tema 17. Mecánica de rocas Tema 18. Educación Tema 19. Geotecnia de la energía


International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering

Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica Mexican Society of Geotechnical Engineering

Cursos precongreso CP1 Diseño, construcción y pruebas de anclas CP2 Presas de CCR CP3 Geotecnia de la energía: de los fundamentos a la práctica CP4 Diseño de pavimentos flexibles, enfoque empírico mecanicista CP5 Pruebas de campo CP6 Diseño y construcción avanzado de micropilotes CP7 Nuevos criterios de diseño sísmico de cimentaciones y obras térreas en México CP8 Modelado numérico en geotecnia CP9 Análisis de riesgo y confiabilidad en geotecnia CP10 Excavaciones en roca CP11 Estabilización de suelo con cal

Costos de Inscripción Socios ISSMGE

No socios ISSMGE

Hasta el 15 de marzo 2019

$500

Hasta el 15 de marzo 2019

$550

Del 16 de marzo hasta el 15 de octubre 2019

$550

Del 16 de marzo hasta el 15 de octubre 2019

$605

Del 16 de octubre hasta el PANAMERICANO 2019

$600

Del 16 de octubre hasta el PANAMERICANO 2019

$660

Cursos precongreso

$200

Cena de gala

$100

Notas Los costos ya incluyen impuestos Los costos son por persona Los costos son en USD Al pagar se hará la conversión a moneda mexicana (MXN) al tipo de cambio de ese momento

Sociedades cooperadoras


CONVOCATORIA

Además de comentarios y sugerencias de sus lectores sobre los contenidos, Geotecnia está abierta a las colaboraciones de los profesionales vinculados a la especialidad. De igual forma se invita a presentar artículos que permitan inaugurar una nueva sección en la que se haga prospectiva o se aborden casos insólitos en el ejercicio de la especialidad. Quien desee proponer trabajos debe comunicarse a través de geotecnia@heliosmx.org para ser informado de los requisitos para recibir materiales. Los textos serán puestos a consideración del Consejo Editorial para su eventual publicación.

Dirección ejecutiva Natalia Parra Piedrahita

Contenido con… 4 Conversando “¿Por qué mejor no estudias economía?”

44 Anecdotario La historia de mi viaje a México Janardanan Ondan Uppot

Alejandro Vázquez Vera

9 Semblanza Juan Manuel Orozo y Orozco. Intensa actividad y compromiso Manuel Zárate Aquino

de portada / 12 Tema La geotecnia en la historia La cimentación flotante del nuevo edificio para la Lotería Nacional de México José A. Cuevas

técnico 18 Artículo Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

17 Calendario Reseñas 38 Libros 38 Tesis

suelos facilitada por microondas Kishore K. Shivaram y cols.

46 Reconstrucción, retos y oportunidades

46 Bienvenidos nuevos socios 47 Curso de cimentaciones profundas en Guayaquil

47 Nueva secretaría del Comité Técnico ISSMGE TC201

Delegaciones regionales 48 Curso de dinámica de suelos técnico 30 Artículo Funciones y aplicaciones de geosintéticos en carreteras Jorge G. Zornberg

técnica 39 Nota Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos Walter I. Paniagua

Consejo editorial J. Eleazar Arreygue Rocha Gabriel Yves Armand Auvinet Guichard José Trinidad Briseño Rodríguez Jorge Efraín Castilla Camacho José Francisco González Valencia Germán López Rincón Raúl López Roldán Aquiles Jorge Morales González Héctor Moreno Alfaro Gabriel Moreno Pecero Rodrigo Murillo Fernández María Guadalupe Olín Montiel Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo Walter I. Paniagua Zavala Margarita Puebla Cadena Luis Bernardo Rodríguez González Margarita Rodríguez Trinidad Juan Jacobo Schmitter Guillermo Springall Cáram Carlos Roberto Torres Ángel Trejo Moedano Héctor Valverde Reyes Sergio Aurelio Zamora Castro Comercialización Brenda Aguilar Silis

Miguel A. Pando y Miguel E. Ruiz

técnico 24 Artículo Cementación polimérica de

Dirección general Moisés Juárez Camarena

en Puebla

48 Conferencia “Interacción suelo-estructura”

Capítulos estudiantiles 49 Posgrado de la UNAM 49 Unitec campus Atizapán PORTADA: EDIFICIO DE LA LOTERÍA NACIONAL. IMAGEN: PINTEREST.

Realización

HELIOS comunicación +52 (55) 29 76 12 22

Dirección ejecutiva Daniel N. Moser da Silva Dirección editorial Alicia Martínez Bravo Coordinación editorial José Manuel Salvador García Coordinación de contenidos Teresa Martínez Bravo Contenidos Ángeles González Guerra Diseño Diego Meza Segura Dirección operativa Alicia Martínez Bravo Administración y distribución Nancy Díaz Rivera


Mesa Directiva 2019-2020 Presidente Moisés Juárez Camarena Vicepresidente María Guadalupe Olín Montiel Secretario Ricardo Enrique Ortiz Hermosillo Tesorero

XVI Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica

E

l primer Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica que se organizó en nuestro país fue en la Ciudad de México en 1959, y el segundo en Guadalajara en 1995. Ésta es la tercera vez que México tiene a su cargo este evento, cuyo Comité Organi-

zador, presidido por Walter Paniagua, decidió que la sede fuera la ciudad de Cancún, Quintana Roo. En este XVI Congreso Panamericano de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica habrá

Héctor Valverde Reyes

19 mesas técnicas con sus respectivas conferencias magistrales, 11 cursos precongreso y una cena

Vocales Héctor Augusto de la Fuente Utrilla Renata Alejandra González Rodríguez Sergio Martínez Galván

de gala. En esta ocasión, también se ofrecerán tres sesiones especiales (SE1) denominadas en inglés “Bright Spark Lecture-Young Geotechnical Engineers”. Las conferencias serán dictadas por los

Félix Sosa Contreras

ingenieros Tugce Baser, por Canadá/Estados Unidos; Carlos Omar Vargas Moreno, de México y

Gerson Vázquez Salas

Marlísio Oliveira Cecílio Junior, de Brasil. La 9ª Conferencia Arturo Casagrande llevará por título “Geotechnical engineering in spatially

Gerente Brenda Aguilar Silis

variable soft soils. The case of Mexico City” y la impartirá Gabriel Auvinet G.

Delegaciones regionales Michoacán

Charles W. W. Ng, presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica (ISSMGE), participará con una conferencia plenaria; entre los invitados también se en-

Occidente

cuentran el vicepresidente de la ISSMGE por Norteamérica, Timothy Newson, y el vicepresidente

Puebla Querétaro

de la ISSMGE por Sudamérica, Alejo Oscar Sfriso. Sean bienvenidos.

Tabasco

Por otro lado, en este número de Geotecnia se presenta una edición especial de tres artículos pro-

Veracruz

venientes de universidades de Estados Unidos: la Universidad Drexel en Filadelfia, la Universidad

Representaciones

Estatal de San Diego y la Universidad de Texas en Austin; la edición se realizó con la participación

Chiapas Ciudad Juárez

del profesor Timothy Newson.

Irapuato

Asimismo, como ya es costumbre, se presentan las secciones tradicionales de la revista, que se

Mérida

han mantenido durante las gestiones de mesas directivas anteriores. La Mesa Directiva 2019-2020

Monterrey Tijuana

solicita el apoyo de todos los asociados de la SMIG para que ingresen al Boletín Semanal que se envía por correo electrónico y contesten la encuesta de satisfacción relacionada con las secciones de la revista Geotecnia. Para la Mesa Directiva es muy importante conocer las opiniones del gremio.

Síguenos en @smiggeotecnia Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica

Ricardo E. Ortiz Hermosillo

inggeotec

Mesa Directiva 2019-2020

Secretario

Geotecnia año 9, núm. 253 septiembre-noviembre 2019, es una publicación trimestral editada y distribuida por la Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica, A. C. Valle de Bravo número 19, colonia Vergel de Coyoacán, delegación Tlalpan, C.P. 14340, México, D.F. Teléfono 5677 3730. Editor responsable: Carlos Roberto Torres Álvarez. Reserva de derechos al uso exclusivo número 04-2017-060819470900-102, ISSN: 2594-1542, ambos otorgados por el Instituto Nacional de Derecho de Autor. Licitud de título y contenido 17156, otorgado por la Comisión Calificadora de Publicaciones y Revistas Ilustradas de la Secretaría de Gobernación. Impresa por Helios Comunicación, S.A. de C.V., Insurgentes Sur 4411, edificio 7, departamento 3, colonia Tlalcoligia, delegación Tlalpan, C.P. 14430, México, D.F. Este número se terminó de imprimir el 31 de agosto de 2019, con un tiraje de 1,200 ejemplares. Los artículos firmados son responsabilidad de los autores y no reflejan necesariamente la opinión de la SMIG. Los textos publicados, no así los materiales gráficos, pueden reproducirse total o parcialmente siempre y cuando se cite la revista Geotecnia como fuente. Para todo asunto relacionado con la revista Geotecnia, dirigirse a geotecnia@heliosmx.org. Costo de recuperación $70, números atrasados $79. Suscripción anual $210. Los socios de la SMIG la reciben en forma gratuita.


CONVERSANDO CON... Alejandro Vázquez Vera

Ingeniero civil. Ha sido presidente de la SMIS y de la SMIE, así como de la Comisión de Especialidad de Ingeniería Civil de la Academia Mexicana de Ingeniería, de la cual es miembro de número desde 1997. En el Grupo ICA fue miembro del Consejo de Administración y vicepresidente de las Empresas de Ingeniería y Electrónica y de la División de Construcción Urbana. Corresponsable en Seguridad estructural, DRO del GDF y perito en Seguridad estructural por el CICM. Premio de Ingeniería Ciudad de México 2019.

“¿Por qué mejor no estudias economía?” ICA fue mi segunda escuela, lo mejor que me pudo haber pasado saliendo de la escuela; no tengo más que agradecimiento para la empresa.

P

ara quienes lo tratan superficialmente, Alejandro Vázquez Vera es una persona muy formal, seria, de pocas palabras: las necesarias, no más. No anda con rodeos y expresa sus puntos de vista de manera terminante, contundente, hasta implacable, llegado el caso. Quienes tratan con él en un ámbito de mayor confianza, descubren el mismo perfil, al cual se suma su humor repentino, ocurrente, agudo, que suele acompañar de una sonora carcajada. Conversamos con Alejandro Vázquez Vera para compartir con los lectores de Geotecnia quién es él, más allá de lo públicamente conocido. Comenzamos preguntándole por la razón que lo llevó a estudiar ingeniería civil. “En mi familia no había ningún antecedente de ingenieros –nos responde–, éramos ocho hermanos: Josefina Zoraida, historiadora; Silvia, que se graduó en Letras españolas; Olivia y Argentina, economistas; Catalina, secretaria ejecutiva; Marco Antonio y Manuel, editores y libreros, cada uno con intereses diversos. ¿Cómo me surgió el interés por la ingeniería civil? Recuerdo que cuando era muy pequeño se estaba haciendo la obra de la ampliación de Paseo de la Reforma norte; quedaba más o menos cerca de la casa y yo todos los días iba a ver trabajar a las máquinas de construcción, en fin,

hice todo ese seguimiento de la obra desde muy pequeño; le dedicaba dos o tres horas.” Tenía entonces diez años y seguramente allí nació su interés por la ingeniería civil, a la que en ese entonces asoció de manera excluyente con la construcción, como la mayoría de las personas ajenas a la profesión. Cuando el joven Alejandro le planteó a su padre –Modesto Vázquez, librero y editor– que quería estudiar ingeniería civil, él le respondió: “¿Por qué no mejor estudias una carrera más productiva, como economía o alguna otra pro-

40 aniversario de ICA, 1987.

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“¿Por qué mejor no estudias economía?”

CONVERSANDO CON...

Congreso de la SMIS, 1997.

fesión?” Alejandro se mantuvo en su propósito y finalmente su padre se resignó y aceptó la decisión. Ingresó a la UNAM desde la preparatoria. En esa época –corría el año 1964– no existía el pase directo, así que aprobó el examen de admisión y comenzó sus estudios en la carrera de Ingeniería civil. La ingeniería civil posee una gran cantidad de especialidades: hidráulica, vías terrestres, geotecnia… Sobre sus expectativas al ingresar a la universidad y la preferencia sobre alguna de las especialidades, nos dice: “Sólo sabía que quería ser ingeniero civil, no conocía las especialidades que tenía la profesión; yo sabía que se construía, pero desconocía que había mecánica de suelos, estructuras, y al final mi inclinación obedeció a la influencia que ejercieron algunos maestros, que dejaron huella en mí y me orientaron hacia el diseño estructural, particularmente.” Entre esos maestros, Vázquez Vera destaca a Daniel Ruiz Fernández, quien fue su profesor para estabilidad de las construcciones. “Otros que me dejaron marcado fueron Óscar de Buen López de Heredia, Enrique del Valle y José Luis Sánchez Martínez; fueron los que más influyeron, todos ellos orientados al diseño estructural.”

¿Cómo me surgió el interés por la ingeniería civil? Recuerdo que cuando era muy pequeño se estaba haciendo la obra de la ampliación de Paseo de la Reforma norte; quedaba más o menos cerca de la casa y yo todos los días iba a ver trabajar a las máquinas de construcción, en fin, hice todo ese seguimiento de la obra desde muy pequeño; le dedicaba dos o tres horas.

A partir de aquellos años se fue gestando una relación que pasó de la de alumno-profesor a la de amigos. “Uno de mis mejores amigos después de haber recibido clase de ellos –cuenta Alejandro Vázquez Vera– fue Óscar de Buen López de Heredia. Él fue un amigo muy cercano, de toda la vida, y también sus hijos; Enrique del Valle fue casi como un padrino para mí; José Luis Sánchez Martínez fue mi director de tesis, quien comentó mi trabajo para entrar a la academia. Todos ellos fueron muy importantes en mi carrera.” Años después, Daniel Ruiz fue su cliente por parte del gobierno, y se hicieron muy amigos: “Tenemos una relación muy cercana, es una persona a la que quiero mucho,” nos dice. Otro ingeniero con quien construyó una amistad fue Manuel Díaz Canales, por quien ingresó a trabajar en ICA. Era maestro en la Facultad de Ingeniería pero no le daba clases a Vázquez Vera. “Jugábamos frontenis en el Club España, y de mis conversaciones con él surgió su invitación de ingresar yo a ICA en 1968.” Con Óscar de Buen López de Heredia vivió una experiencia que relata: “Tuve la fortuna, a mis 29 años, de integrar un grupo de 12 estructuristas, entre quienes estaba Óscar de Buen López de Heredia, que financiados por una empresa acerera viajamos con un acompañante

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CONVERSANDO CON...

“¿Por qué mejor no estudias economía?”

Ingreso a la Academia de Ingeniería, 1997.

cada uno, en mi caso mi esposa, a Europa para hacer un recorrido de carácter técnico con objeto de conocer las experiencias sobre nuestro tema en distintos países del viejo continente. Fue en ese viaje donde se comenzó a fortalecer mi amistad con Óscar. La relación se consolidó con la excelente relación de nuestras esposas.” Los acontecimientos de 1968 le tocaron en el quinto año de sus estudios en la UNAM. “Como cada uno de mis hermanos –recuerda– a partir de la secundaria, saliendo de clases empezábamos a trabajar en el negocio de mi papá, en la editorial o en la librería; entonces íbamos a la escuela en la mañana, y en la tarde a trabajar. Obviamente, cuando surgen los acontecimientos de 1968, como estudiante tomé partido, pero no pude participar porque no tenía tiempo libre, tenía que trabajar, acababa de entrar a ICA y trabajábamos día y noche con el proyecto del metro. El movimiento de 1968 me tocó de cerca, pero no tuve participación directa porque mi día estaba ocupado por el estudio y el trabajo.” Alejandro Vázquez Vera recuerda sus primeros años en ICA: “Comencé en la empresa ISTME, que exclusivamente se creó para hacer el proyecto del metro; los primeros tres años de mi actividad profesional estuvieron dedicados 100 por ciento al metro, y aunque yo entré como estudiante –estaba en el último año de la carrera–, la verdad es que nos daban responsabilidades muy importantes. Yo veía entonces a

Enfrentamos una falla en la calzada Zaragoza. Hubo un movimiento de tierra y afectó a un edificio que estaba como a dos calles, se hundió, y fue cuando tomé conciencia de la importancia del suelo en la Ciudad de México; yo no lo había vivido, sólo había oído de eso en la escuela, y ése fue un acontecimiento que me dejó marcado: el respeto que hay que tenerle al subsuelo de la Ciudad de México.

mis jefes que tenían 28 o 29 años, y yo tenía 21. El ingeniero Víctor Cachoua Flores, que era uno de mis jefes, y el ingeniero Fernando Ramiro Lalana eran personas de 28 o 29, y nos dieron responsabilidades muy grandes; algunos pudimos con ellas, pero otros no, se salían por no soportar la presión. Yo participé desde el principio en el edificio del puesto central de control, la obra más importante el primer año, así como en varias obras de edificios en Balbuena, Isabel la Católica, y lo más importante de esa época fue la estación Hidalgo de las líneas 2 y 3, para cuyo diseño y construcción fui parte de un equipo.” Le pedimos que de los acontecimientos de esa época compartiera los primeros recuerdos en venirle a la mente, y Vázquez Vera cuenta: “Algo que me impresionó mucho de esa época fue que cada fin de semana el ingeniero Bernardo Quintana Arrioja, presidente de ICA, visitaba la obra. Un grupo numeroso de responsables íbamos con él y era impresionante su visión de la obra, su capacidad de mando. Entonces ICA tenía la responsabilidad absoluta del proyecto; el STC cumplía una labor primordialmente administrativa, no se ocupaba de las cuestiones técnicas, en especial respecto a la ingeniería civil. Era muy importante para mí –abunda nuestro entrevistado–, un muchacho de 21 años, ver en acción al presidente de la empresa de construcción más importante de México, lo veíamos semana a semana.” Y continúa: “Lo que más me impresionó fue el primer problema que enfrentamos: una falla en la calzada Zaragoza. Hubo un movimiento de tierra y afectó a un edificio que estaba como a dos calles, se hundió, y fue cuando tomé conciencia de la importancia del suelo en la Ciudad de México; yo no lo había vivido, sólo había oído de eso en la escuela, y ése fue un acontecimiento que me dejó marcado: el respeto que hay que tenerle al subsuelo de la Ciudad de México.” De su paso por ICA, Alejandro Vázquez Vera refiere una relación que aún hoy conserva con un colega: “El mismo día que entré a ISTME ingresó un colega, Luis Bernardo Rodríguez, especialista en geotecnia. También salimos de ICA el mismo día, para hacernos socios. Es una persona y un profesional por quien tengo un enorme respeto; especializado yo en las estructuras, nos integramos como nuestras especialidades lo ameritan, y al día de hoy conformamos un buen equipo de trabajo.”

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“¿Por qué mejor no estudias economía?” Treinta y un años trabajó en ICA. De ese periodo quedan muchos recuerdos; entre ellos destaca el sexenio de Luis Echeverría, en que se suspendieron las obras del metro por decisión política del presidente. “A mí me trasladan a ECSA, la división de ICA dedicada a la construcción de edificios, un ambiente totalmente diferente para mí. Al final del sexenio de Echeverría vuelve a activarse ISTME y me reincorporo, pero ya como jefe del Departamento de Estructuras. Continuamos con las obras de las líneas 3, 4, 5, en fin, tuve la oportunidad y la satisfacción de participar en las obras de todas las líneas del metro.” Reiniciadas estas obras, hubo un episodio relevante. “La línea 4 llegaba por la calle Brasil con dirección al Zócalo –relata– y continuaba por un lado del Palacio Nacional; comenzada la obra hubo una disputa entre el secretario de Educación y el regente de la ciudad, y se impuso la posición del secretario de Educación, quien planteaba que existía un cúmulo de ruinas arqueológicas que la obra afectaría. Nosotros –continúa nuestro interlocutor– habíamos hecho un estudio exhaustivo y no hallamos restos arqueológicos; se trató de una decisión política.” Otro episodio se refiere al encuentro con un grupo de expertos franceses, que rondaban los 70 años de edad, con vasta experiencia. “Nos veían con desprecio, muy probablemente por nuestros 30 años de edad, cuando mucho; los que estábamos a cargo de un equipo de ingenieros éramos Luis Bernardo en lo geotécnico y yo en estructuras. Finalmente, antes de irse, después del seminario que duró como un mes, el responsable de mi área por parte de los franceses me dijo que había sido un gusto haber trabajado con gente tan joven y tan capaz como éramos todos los ingenieros mexicanos.” En 1986 designan a Alejandro Vázquez Vera vicepresidente de las empresas en ingeniería, y le toca dirigir las obras del metro. “Todos los fines de semana visitaba las obras –recuerda–, era el proyecto más importante para las empresas de ingeniería. Después de eso, en 1991, solicito que me cambien a la Vicepresidencia de Construcción Urbana, pues quería participar activamente en ese sector.” Como vicepresidente de ICA en construcción urbana estuvo al frente de cerca de 80 obras al año en toda la República; destaca el estadio de futbol del club Pachuca para 25 mil espectadores, que se inauguró a los seis meses de iniciado el proyecto, un logro sin duda relevante.

Cuando nos quedemos sin el agua suficiente va a tener que traerse de donde sea, y costará lo que resulte, y habrá que pagar como sea… ojalá no lleguemos a eso. A mi juicio, uno de los principales problemas es que no se crea conciencia del verdadero valor de los servicios, y esto hace que no se desarrollen las obras necesarias por falta de presupuesto.

CONVERSANDO CON...

“Trabajamos mucho; construimos teatros, museos, los edificios de la Suprema Corte de Justicia, del Fondo de Cultura Económica, el de Banamex en Santa Fe, y ganamos un concurso para hacer obras en Puerto Rico,” comenta. Dejó ICA en marzo de 1999. Fue una decisión que tomó luego de tres meses de reflexión. “Salí en los mejores términos, sin ningún conflicto. ICA fue mi segunda escuela, lo mejor que me pudo haber pasado saliendo de la escuela; no tengo más que agradecimiento para ICA. ”Lo otro fue fundar una empresa con mi hijo, él como socio para después quizá heredarle; tuve la fortuna de que él sí quiso ser ingeniero civil…” Vázquez Vera dice que no influyó en la decisión de su hijo, pero reconoce haberlo llevado desde pequeño a las obras y hablarle mucho sobre las virtudes de la ingeniería civil. IPISA es la empresa que fundó en 1999 con Luis Bernardo Rodríguez, Fernando Ramiro y Sergio Escamilla, dedicada a proyectos y supervisión de obra. Con ella participó en la controvertida línea 12 del metro. “El gobierno de la Ciudad de México nos contrata para hacer la supervisión del proyecto de la obra –cuenta Alejandro Vázquez Vera–, que había comenzado seis meses antes. Todo iba, literalmente, ‘sobre rieles’, pero finalmente los vagones que se adquieren tienen especificaciones diferentes de las que se había previsto, y ese fue el principal problema que se presentó, no de proyecto ni de construcción. De hecho, el Colegio de Ingenieros Civiles de México hizo un dictamen al respecto y determinó que la ingeniería civil no tenía responsabilidad en

Presentación del proyecto Torre Mayor al jefe de gobierno del Distrito Federal, 1998.

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CONVERSANDO CON...

“¿Por qué mejor no estudias economía?”

X aniversario de IPISA, 2009.

En un ámbito de mayor confianza, Alejandro Vázquez Vera descubre su humor repentino, ocurrente, agudo.

este problema, el que además se podía haber resuelto, considero yo, sin haber suspendido necesariamente la obra.” La línea 12 fue de las obras más relevantes a cargo de IPISA, pero hay otras, como el Tren Suburbano, el distribuidor Heberto Castillo, los segundos pisos del Periférico y el diseño de túneles para la Secretaría de Comunicaciones y Transportes. Vázquez Vera ha dedicado buen tiempo también a la actividad gremial. “Me interesa mucho –nos dice–. Considero que como gremio

debemos unirnos para defender nuestros puntos de vista, nuestros intereses, opinando de cuestiones técnicas para influir en la toma de decisiones en materia de infraestructura.” Ingresó a la otrora Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos en 1980, y hoy, después de casi 40 años, sigue siendo miembro de la SMIG. Fue presidente de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural a los 36 años de edad. Después de los sismos de 1985, por influencia de Emilio Rosenblueth y Daniel Ruiz, presidió la Sociedad Mexicana de Ingeniería Sísmica. En la Academia de Ingeniería fue presidente de la Comisión de Especialidad de Ingeniería Civil: “Esas responsabilidades gremiales sí me interesaron, a eso le he dedicado tiempo y esfuerzo.” También fue vicepresidente en la Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción, y “ene veces” en el Colegio de Ingenieros Civiles de México, la primera ocasión siendo presidente Guillermo Guerrero. Una de las principales inquietudes de Alejandro Vázquez Vera es la forma en que se aborda el servicio de transporte público en la Ciudad de México, “no de ahora –dice–, sino desde hace 30 años. Considero que hay un error conceptual al no avanzar con el sistema del metro y concentrar los esfuerzos en otras opciones de movilidad. ”Se plantea el argumento del mayor costo de las obras del metro, lo cual es cierto, pero no se evalúa que en los últimos 50 años se han dado sólo tres incrementos en la tarifa del boleto de metro. Es ilógico. ”Lo mismo ocurre con el agua. La desperdiciamos porque no nos cuesta: ‘¿para qué ahorro agua si no me cuesta nada?’ Aquí debe darse un proceso de concienciación sobre los costos de cada servicio para que se pague lo que corresponde y, de ser preciso, subsidiar a quienes resulte necesario subsidiar, porque en el caso del agua, por ejemplo, cuando nos quedemos sin la suficiente va a tener que traerse de donde sea, y costará lo que resulte, y habrá que pagar como sea… ojalá no lleguemos a eso. A mi juicio, uno de los principales problemas es que no se crea conciencia del verdadero valor de los servicios, y esto hace que no se desarrollen las obras necesarias por falta de presupuesto Entrevista de Daniel N. Moser Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

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SEMBLANZA Manuel Zárate Aquino

Director general de Geosol, S. A. de C. V.

Juan Manuel Orozco y Orozco Intensa actividad y compromiso La ingeniería civil constituyó un escenario interesante para el desarrollo humano, profesional e intelectual del ingeniero Juan Manuel Orozco y Orozco.

S

iendo su padre un ingeniero civil dedicado a la construcción, era frecuente que la familia tuviera que cambiar de residencia, por lo que Juan Manuel Orozco vio la luz primera en el estado de Tabasco, y la parte inicial de su vida se desarrolló en las ciudades de Puebla, Guadalajara y México, así como en Canadá, siempre con la ingeniería civil como denominador común. Por otra parte, debido a su inquietud profesional y a su capacidad intelectual, incursionó en varios campos de la actividad ingenieril, como la academia, la construcción y el servicio público, al igual que participó en el sector privado y en la vida gremial, en todos ellos con una actuación destacada. Su carrera profesional la inició en la Universidad Nacional Autónoma de México y la concluyó en la Autónoma de Guadalajara; allí obtuvo el título de ingeniero civil en 1965, y el

El ingeniero Juan Manuel Orozco efectuando proyectos en campo.

Desarrollando trabajos de estabilidad de cortes.

grado de maestro en Mecánica de suelos en la UNAM, en 1972. Adicionalmente, realizó una estancia de información en el área de mecánica de rocas en el Laboratorio Nacional de Ingeniería Civil en Lisboa, Portugal, en 1972. Continuó su actividad académica participando como fundador de la Universidad Autónoma Metropolitana; colaboró allí en la integración de los planes de estudio y como profesor (19801985). Impartió las materias de geotecnia, geología y mecánica de suelos y de rocas en las universidades Autónoma de Chihuahua, Iberoamericana, Autónoma Metropolitana y Nacional Autónoma de México, siempre animado por el espíritu de transmitir al alumnado conocimientos actualizados impregnados con su experiencia profesional. En este mismo marco escribió más de 70 artículos técnicos, algunos presentados en foros nacionales y extranjeros, mediante los cuales transmitió conocimientos, experiencias y resultados de investigaciones propias. Como constructor, tuvo la oportunidad de construir varias casas y edificios desde su época de estudiante; posteriormente tuvo a su cargo la dirección de la construcción de varias obras, especialmente carreteras, durante su práctica profesional en los sectores público y privado.

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SEMBLANZA

❘ Juan Manuel Orozco y Orozco

En las oficinas de Geosol, con jóvenes ingenieros auxiliares.

Los ingenieros Juan Manuel Orozco, Jorge García Ascencio y Manuel Zárate.

La mayor parte de su trayectoria profesional la desarrolló laborando en ambos sectores, principalmente en la actual Secretaría de Comunicaciones y Transportes, (SCT), anteriormente de Obras Públicas (SOP) y de Asentamientos Humanos y Obras Públicas (SAHOP). Ingresó a esa dependencia en 1965, y permaneció en ella hasta 1980; de ahí en adelante, laboró de manera intermitente en diferentes lapsos (1983-1994, 1997-2011), si bien en el periodo 1986-1989 fue transferido al Instituto Mexicano del Transporte. Durante todos esos años, el ingeniero Orozco tuvo la oportunidad de participar en grupos de trabajo con personalidades de la talla de los ingenieros Fernando Espinoza, Eulalio Juárez Badillo, Alfonso Rico Rodríguez, Luis Miguel Aguirre Menchaca, Juan José Correa, Gabriel Moreno Pecero y Óscar de Buen, entre otros distinguidos profesionistas, con quienes compartía conocimientos y experiencias, así

como la oportunidad de decidir sobre las más convenientes decisiones para el país. Juan Manuel Orozco formuló una serie de interesantes artículos, proyectos y recomendaciones técnicas como responsable de la Dirección de Estudios y de la Dirección General. Durante los 40 años que laboró en la SCT, 20 lo hizo como director general de Estudios y Proyectos. Su desempeño dentro de la iniciativa privada incluyó a empresas como Geosol (1972-1973), ISTME (19781979), Coconal (1980-1983) y el Fideicomiso Autopistas y Puentes del Golfo Centro (1994-1997). En todas ellas tuvo a su cargo la realización de importantes estudios y proyectos, la supervisión y dirección de obras. Esta incursión en el sector privado, en palabras del propio ingeniero Orozco, le proporcionó una interesante y útil perspectiva de la actividad geotécnica y constructiva y de la problemática particular de ese sector, y le sirvió para enriquecer su actividad como funcionario público. Un aspecto más que complementa su intensa actividad, compromiso y participación se refiere a su importante participación gremial. Además de su desempeño como profesor, conferencista y autor de artículos técnicos presentados en diferentes foros nacionales e internacionales, es necesario mencionar que fue miembro activo y destacado de diversas asociaciones y sociedades profesionales: • Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos (vicepresidente) • Sociedad Mexicana de Mecánica de Rocas (presidente) • Asociación Mexicana de Ingeniería de Vías Terrestres (presidente y socio de honor) • Asociación Mexicana de Ingenieros Administradores (vicepresidente) • Asociación Mexicana de Caminos (presidente del Comité Educacional) • Asociación Mexicana de Ingeniería de Tránsito y Transportes (socio invitado especial) • Asociación Mexicana de Ingeniería de Túneles y Obras Subterráneas • Colegio de Ingenieros Civiles de México (vicepresidente de Certificación) • Sociedad Mexicana de Exalumnos de la Facultad de Ingeniería, UNAM En el ámbito académico y educacional, fue miembro del Consejo Asesor Externo de la Facultad de Ingeniería de la UNAM (1993-1997); del Comité Asesor de la Escuela de In-

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Juan Manuel Orozco y Orozco SEMBLANZA

En una etapa de trabajo, siempre animado por su carácter jovial y ameno.

geniería de la Universidad Autónoma de Guadalajara (1993 a la fecha) y del Comité Académico del Examen General de Calidad Profesional de Ingeniería Civil (Ceneval). Adicionalmente, fue representante adjunto de México ante el Consejo de Directores de Carreteras de Iberia e Ibero-

Pilas Muros Milán Tablestacas Pruebas de carga estáticas y dinámicas Pilotes Anclas Pantallas flexoimpermeables Sistemas de anclaje Pruebas de integridad Consultoría y diseño geotécnico

américa (1997-2011) y académico de número de la Academia Mexicana de Ingeniería, siendo presidente de la Comisión de Especialidad de Ingeniería Civil (1995-1999). En su vida privada, formó a seis hijos, dos de ellos como ingenieros, infundiéndoles principios humanos y profesionales necesarios para ser ciudadanos ejemplares, lo que logró ampliamente. El ingeniero Orozco se retiró a la vida privada, aunque continuó activo como asesor de la empresa ORVA Ingeniería hasta su partida en este año 2019. Sin embargo, por la lectura de este muy breve y pálido relato de su actividad profesional puede valorarse la brillante trayectoria del ingeniero Juan Manuel Orozco, quien abrazó con entusiasmo, dedicación y profesionalismo a la ingeniería civil en los campos de la geotecnia, la educación y la formación de ingenieros, así como la transmisión de sus conocimientos y experiencias. Se distinguió igualmente por su afable carácter, siempre dispuesto a escuchar y aconsejar con recomendaciones útiles y prácticas para la solución de problemas, por lo que dejó en todas las personas que tuvimos el privilegio de conocerlo muy gratos y perennes recuerdos Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

Cimentaciones Profundas

+(52)(55) 9150 -1208 , 9150 - 1209, 9150 - 1210 www.pilotec.com.mx pilotec@prodigy.net.mx


TEMA DE PORTADA

❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA

Ing. José A. Cuevas

La cimentación flotante del nuevo edificio para la Lotería Nacional de México:

un estudio a escala natural de las deformaciones de un suelo de gran espesor con estructura floculenta El artículo “The floating foundation of the new building of National Lottery of Mexico: an actual size study of the deformation of a flocculent-structured deep soil” fue publicado en inglés como parte de la memoria de la First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, realizada en Cambridge, Massachusetts, en 1936. La traducción que se publica aquí es de Raúl Esquivel Díaz. I. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL SUELO Y DEL SUBSUELO DE LA CIUDAD DE MÉXICO

El Valle de México, donde se encontraba el antiguo lago, ha sido rellenado con una estructura ligera floculenta de origen eólico hasta una profundidad de cientos de metros. Esta masa es interrumpida a diferentes profundidades por capas de material más denso y más resistente de origen volcánico o aluvial. El espesor de estos depósitos varía desde unos cuantos centímetros hasta varios metros. Todo el subsuelo de la ciudad está cubierto por depósitos aluviales o ha sido ganado artificialmente al lago y cubierto por detritos. El espesor de esta “costra” artificial varía desde

cerca de un metro hasta tres o cuatro metros e incluso es mayor en algunos lugares. II. EL ASENTAMIENTO LOCAL DE LOS EDIFICIOS DE LA CIUDAD DE MÉXICO Y EL HUNDIMIENTO GENERAL DEL VALLE

Con muy pocas excepciones, todos los edificios en la ciudad y el terreno alrededor de ellos han ido descendiendo desde unos cuantos centímetros hasta varios metros a lo largo de los años. La suma de estos movimientos alrededor de los edificios explica parcialmente el hundimiento general del valle dentro

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La cimentación flotante para la Lotería Nacional de México

❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA ❘ TEMA DE PORTADA que han estado en funcionamiento (35 a la fecha para el Gran Canal y para las alcantarillas más antiguas). Una tercera causa del descenso general puede ser el bombeo cada vez más intenso del agua artesiana desde diferentes profundidades que varían entre 30 y 600 metros. III. LA CIMENTACIÓN DEL NUEVO EDIFICIO PARA LA LOTERÍA NACIONAL EN PLAZA DE LA REFORMA 1 DE LA CIUDAD DE MÉXICO

Figura 1 [anexo 1].

y fuera de la ciudad. Los siguientes datos dan una idea de la importancia de este movimiento general. La pendiente del Gran Canal a lo largo de sus primeros 20 kilómetros (véase el tramo A-B en el anexo 1 [figura 1]) ha disminuido desde 0.000187 hasta 0.000167 en el curso de 33 años; por el contrario, la pendiente promedio de la antigua red principal de drenaje ha aumentado de 0.00060 a 0.00075 e incluso más en 25 años (véanse los tramos C-D, E-F y G-H en el anexo 1 [figura 1]). El punto más bajo se ubica cerca de la intersección de estos drenajes principales antiguos con el Gran Canal. Otra causa de este hundimiento general puede ser la contracción de la costra seca del valle como resultado de la red de drenaje operada por el sistema constituido por el Gran Canal y por el alcantarillado de la ciudad durante los años

El diseño final quedó aprobado en junio de 1934. Los planos mostrados en los anexos 2 al 13 (aquí solamente se muestra el anexo 13 [figura 2]) son reducciones de los planos principales, elevaciones y secciones transversales del nuevo edificio. A finales de 1933 se había decidido construir la que iba a ser conocida –hasta cierto punto– como una cimentación “flotante”, debido a que los sistemas convencionales antiguos habían resultado un fracaso para la Ciudad de México. También se tomó la decisión de iniciar los trabajos y de determinar las propiedades reales necesarias y el comportamiento del subsuelo en el lugar; esta investigación, la última parte del diseño arquitectónico y el dibujo de los planos de diseño y de construcción de la cimentación se llevaron a cabo al mismo tiempo. A la profundidad de un metro se encontró que el peso volumétrico del suelo era de 1,420 kilogramos por metro cúbico; a siete metros de profundidad resultó de únicamente 1,135 kg/m3. El nivel de aguas freáticas se encontró a una profundidad de 1.80 m. El contenido de agua se incrementa con la profundidad y alcanza valores tan altos como 3.21 a 10 m de profundidad. Una idea de la permeabilidad del suelo se presenta en la figura 1 del anexo 14; sólo es necesario bombear del orden de 20 m3 en 24 horas con una bomba de 2” a una altura de 10 m operando la sexta parte del tiempo, durante la temporada de secas, para tener la excavación libre de agua. Se tuvo el cuidado de no alterar el suelo por debajo del fondo de la excavación y conservar su contenido de agua original. Como lo implica el significado de la palabra “flotante”, la idea ha sido remover una cantidad de tierra equivalente al peso total del nuevo edificio (véase la nota número 2).

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TEMA DE PORTADA

❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA ❘ La cimentación flotante para la Lotería Nacional de México

Figura 2 [anexo 13].

Era del todo conocida la reacción elástica y plástica del subsuelo bajo diferentes esfuerzos pero no se tenían fórmulas ni coeficientes. No se contaba con un laboratorio local adecuado y era imposible contar con la pronta respuesta de otros en el extranjero; tampoco había tiempo para esperar dicha información y no se tenía confianza en la utilidad de los resultados debido a diferencias de escala (en el laboratorio y en el campo) y a la falta de representatividad de las muestras exportadas. Se decidió entonces medir las deformaciones reales del subsuelo producidas por la remoción del peso de los edificios antiguos y por la extracción de la tierra excavada. Para estudiar los movimientos del subsuelo se usó un dispositivo simple llamado “testigo”; está formado por una varilla A-B con una zapata en su extremo B anclada en la capa B-B que se iba a estudiar. (Véase la figura 2 del anexo 14.)

Se colocaron 12 testigos de 3 m de largo cada uno en el suelo con sus zapatas a una profundidad de 3 m por debajo de la superficie del terreno en los puntos marcados de la A a la L en el anexo 15 [figura 3]. El área sombreada muestra la superficie cubierta por los antiguos edificios de dos pisos que fueron demolidos para dar paso al nuevo edificio. Los números encerrados en pequeños triángulos representan el levantamiento total en centímetros del subsuelo entre la fecha de inicio de la demolición y tres meses después de haber terminado la remoción de todo el cascajo. La “gráfica” incluida en la parte superior del anexo 15 [figura 3] muestra claramente cómo el levantamiento promedio empezó a disminuir después de haber retirado todo el cascajo. Después de hacer cálculos laboriosos, se diseñó finalmente la subestructura de la cimentación; es de esperar que el anexo 16 [figura 4] les proporcione una idea clara de esta estructura de concreto reforzado. Estando muy conscientes de los movimientos del subsuelo debido a la remoción de las cargas, se colocó una muy buena cantidad de testigos con sus zapatas a una profundidad algo mayor que la correspondiente al fondo de la excavación. La excavación se inició el 30 de julio de 1934. Para el 25 de agosto de 1934 se habían extraído más de 10,000 m3 con un avance máximo de 900 m3 en 24 horas; el promedio fue de 390 m3 por día de 24 horas. El levantamiento máximo observado fue de 5 cm en 24 horas, el mínimo fue de 0.5 cm y el promedio, de 1.55 cm. En el anexo 17 [figura 5] la “gráfica” ilustra el proceso de levantamiento de uno de los testigos entre el 30 de julio de 1934 y el 31 de agosto de 1934. El levantamiento total máximo registrado a la fecha es de 127 centímetros (más de cuatro pies). Como resultado de los riesgos que representaban esos grandes movimientos fue necesario proceder lentamente después de haber construido trabajos de emergencia durante la última parte de 1934 y hasta el 7 de marzo de 1935. No se descontinuaron los registros del levantamiento de los testigos. En el anexo 18 se presenta el perfil de la plantilla de cimentación del nuevo edificio al 30 de marzo de 1936

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La cimentación flotante para la Lotería Nacional de México

❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA ❘ TEMA DE PORTADA ficie hubiera tenido antes del inicio de la excavación. (Véase el anexo 19.) Para regresar a esta plantilla flexible a su posición original la subestructura rígida ABCD se necesita cargar con su propio peso y con grava con el fin de duplicar tanto el peso final de todo el edificio como las presiones previamente existentes del suelo removido en el resto del subsuelo. Se espera que en el curso de unos cuantos meses la cimentación lastrada se habrá estabilizado a fin de proceder con la construcción del edificio propiamente dicho. El lastre se eliminará a medida que avance la superestructura con el fin de mantener el peso total final y los esfuerzos normales en el subsuelo durante la construcción y de ahí en adelante. A la fecha, la excavación está prácticamente terminada; ya se concluyó cerca del 80% de la plantilla flexible. El 70% de las contratrabes T de concreto reforzado ha sido colado y se ha iniciado la construcción de la subestructura. NOTAS

Figura 3 [anexo 15].

dibujado a escala 1:100 y se ilustra el movimiento de dicha superficie a partir del 1 de enero de 1936; las distancias verticales entre las líneas son las magnitudes reales de los desplazamientos correspondientes. La irregularidad de los movimientos ilustrados se debe a la imposibilidad de avanzar con la excavación en capas horizontales así como al peso de la cimbra de madera y del concreto colado durante el periodo de observación. La plantilla está formada por una membrana impermeable apoyada en un piso flexible de madera; esta membrana envolverá a toda la cimentación. Sobre esta membrana se colocó una serie de contratrabes de concreto reforzado con sección “T” coladas separadamente y conectadas de tal forma que tuvieran suficiente flexibilidad como para seguir los movimientos inversos necesarios para colocar la plantilla en la posición que su super-

1. Se han tomado precauciones durante el diseño para evitar cualquier riesgo de desplome. 2. De hecho, se ha excavado mayor volumen de tierra que el estrictamente necesario a fin de compensar el peso total del edificio; la diferencia será un lastre residual que se usará para realizar los ajustes finales debidos a cambios y riesgos imprevistos. 3. Se colocaron testigos casi en la misma vertical con sus zapatas a diferentes profundidades con el fin de detectar el desarrollo de los levantamientos y asentamientos a profundidades cada vez mayores bajo la acción de ciertas cargas o excavaciones. 4. Obstáculos de carácter técnico, económico y político han estorbado el avance de esta obra experimental tan importante cuya audacia no deja de comentarse. 5. Al mismo tiempo que estamos experimentando y tratando de resolver un problema definitivo de cimentación estamos en la búsqueda de procedimientos prácticos y económicos más convenientes para construir cimentaciones aplicables a casos generales. 6. La Ciudad de México, con su larga experiencia de experimentos a escala natural de cimentaciones y con su subsuelo “hiperreactivo” de gran espesor ofrece un campo

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TEMA DE PORTADA

❘ LA GEOTECNIA EN LA HISTORIA ❘ La cimentación flotante para la Lotería Nacional de México

Figura 4 [anexo 16].

excepcionalmente raro para el estudio de la mecánica de suelos y la ingeniería de cimentaciones sin restricciones. 7. Es nuestro deseo llamar la atención de los técnicos especializados en el país y fuera de él hacia esta fuente promisoria de conocimientos y al mismo tiempo cooperar en la organización del estudio sistemático de la mecánica de suelos e ingeniería de cimentaciones dentro de este campo

Cuevas, José A. (1936). The floating foundation of the new building of National Lottery of Mexico: an actual size study of the deformation of a flocculent-structured deep soil. Memorias de la First International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering vol. 1: 294-301. Cambridge. Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

Figura 5 [anexo 17].

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CALENDARIO

2019

Congreso Panamericano 17-20 XVI de Mecánica de Suelos

Noviembre

e Ingeniería Geotécnica

Cancún, México panamerican2019mexico.com

44th Annual 15 DFI Octubre Conference on Deep Foundations Chicago, EUA www.dfi.org

Simposio Internacional 18 y 19 2° de Suelos No Saturados Octubre

Congreso Nacional 26-28 30 de Ingeniería Civil

Noviembre

Querétaro, México simposiointernacionaldesuelosno saturados.wordpress.com

Ciudad de México www.congresonacionaldeingenieria civil.mx

2020 Coloquio de 25 y 26 6° Jóvenes Geotecnistas Octubre

“Jóvenes geotecnistas enfrentando nuevos desafíos”

2020: 26-29 Geoamericas 4th Pan American Conference Abril

Río de Janeiro, Brasil www.geoamericas2020.com

Ciudad de México www.smig.org.mx

sobre 7 y 8 Seminario aprovechamientos

Noviembre

subterráneos sustentables Ciudad de México www.amitos.org

on Geosynthetics

International Symposium 16-19 4th on Frontiers in Offshore Agosto

Geotechnics

Austin, EUA Envío de resúmenes entre 1° de abril y el 31 de mayo de 2019 www.dfi.org/isfog2020


ARTÍCULO TÉCNICO Miguel A. Pando

Department of Civil, Architectural, and Environmental Engineering. Drexel University, Philadelphia, PA, Estados Unidos

Miguel E. Ruiz

Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales, Universidad Nacional de Córdoba, Córdoba, Argentina.

Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial En este trabajo se describe una metodología basada en el método de transferencia de carga donde la interacción suelo-pilote se modela mediante una serie de resortes no lineales propuesta por los autores para el estudio del comportamiento bajo carga axial de pilotes excavados que son inyectados con lechada cementicia en la zona de la punta.

E

n general, los pilotes y pilas excavados y vaciados en sitio suelen presentar una resistencia de punta reducida, debido a la presencia de material perturbado en el fondo de la excavación originado durante el proceso constructivo. La inyección de lechada de cemento a alta presión es una alternativa relativamente económica para compensar esta disminuida resistencia de punta. Se ha observado que dicha inyección puede aumentar la resistencia y rigidez del pilote con respecto a los pilotes convencionales. A pesar de que los pilotes inyectados se utilizan desde hace algún tiempo en Asia y en Europa, el diseño y análisis de este tipo de fundación aun hoy ha estado basado principalmente en observaciones empíricas y en la experiencia del fabricante. Por último, este estudio evalúa de forma teórica y empírica el comportamiento de los pilotes inyectados, para lo que se utilizó el método de las curvas de transferencia de carga y su comparación con pruebas de carga instrumentadas en detalle. INTRODUCCIÓN

Como consecuencia de los altos requerimientos de carga en proyectos de gran envergadura en los últimos 30 años, el diseño de fundaciones profundas se ha inclinado hacia el uso de pilotes de gran diámetro. Sin embargo, para proyectos de

pequeña y mediana envergadura las fundaciones de pilotes de gran diámetro presentan ciertas desventajas (dificultades constructivas, reducida relación entre la capacidad friccional del pilote y su peso propio, y mayores costos de construcción) que hoy en día favorecen el uso de pilotes de diámetro reducido (Stocker, 1983). Esta es una de las razones por las que en la actualidad existen investigaciones tendientes a mejorar el desempeño de los pilotes (es decir, aumentar su capacidad y reducir los asentamientos) sin incrementar el diámetro. En este contexto, los pilotes con inyección de punta surgen como una alternativa viable que ha mostrado buenos resultados, especialmente en suelos arenosos (Bolognesi y Moretto, 1973; Brusey, 2000; Mullins et al., 2001; Mullins y Winters, 2004; Ruiz et al., 2005; King et al., 2006 y 2009). En este artículo se hace referencia a pilotes excavados en cuya punta se inyecta a alta presión lechada cementante (PCP), luego de que el pilote se ha instalado y el concreto ha adquirido suficiente rigidez. Esta inyección tiene por principal objetivo aumentar la rigidez bajo carga axial del pilote, y como segundo objetivo, aumentar su capacidad de carga axial. En la bibliografía se han reportado diferentes procedimientos de inyección de lechada cementante, pero en este estudio el proceso constructivo de los PCP consiste en los cuatro

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Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

Tubos de inyección de lechada (ver d )

ARTÍCULO TÉCNICO

Tubos de inyección de lechada (ver d )

Inyección de lechada

Bulbo

a) Excavación

b) Refuerzo con placa de acero en la base

c) Colado de concreto

d) Inyección de lechada Ruiz et al., 2005.

Figura 1. Proceso constructivo de los pilotes excavados con inyección de punta (PCP).

Carga aplicada (kN)

Deflexión cabeza del pilote (mm)

0 0

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500

25 mm

25 50 75 100 125

Pilote PCP (con inyección) Pilote convencional

150 King et al., 2009.

Figura 2. Comparación de pruebas de carga en un sitio experimental de arena.

Q

τ τmáx f (G0)

Ap, Ep, νp

Z Qfbmáx

Qb) f(Gf > G0) Bulbo

Q0bmáx

f(G0 < Gf) Z

Zona estimada de suelo perturbado G0, Q0bmáx: propiedades del suelo antes de la inyección Gf, Qfbmáx: propiedades del suelo después de la inyección

Figura 3. Factor 1 relacionado con el efecto de compresión del suelo bajo la punta del pilote PCP.

pasos que se indican en la figura 1. Los pilotes se instalan ejecutando excavaciones en el suelo en las cuales se coloca el refuerzo de acero (pasos 1 y 2). En la práctica constructiva de PCP en Estados Unidos, la armadura del pilote lleva incorporados tubos de plástico por donde se inyectará la lechada cementante, y una placa de acero situada en el extremo inferior de la armadura. Luego, en el paso 3, se vierte el concreto en la excavación. La inyección de lechada cementante se realiza una vez que el concreto ha alcanzado cierta resistencia, en el paso 4. La inyección se hace a través de los tubos plásticos mencionados enviando la lechada hacia la placa metálica a la cual se ha fijado una membrana elástica con el objetivo de controlar la expansión de la lechada, que reacciona hacia el suelo durante los primeros instantes del proceso de inyección. Debido al procedimiento constructivo, es de esperarse que el proceso de inyección mejore el desempeño del pilote excavado. Esto se ilustra en la figura 2, donde se comparan resultados de pruebas de carga de un pilote excavado convencional (sin inyección de punta) con uno con inyección de punta instalado en el mismo predio, con dimensiones y procedimientos constructivos idénticos salvo la inyección de punta (King et al., 2009) en un sitio con suelos predominantemente arenosos. Los resultados en la figura 2 sirven para resaltar la respuesta más rígida en la porción inicial de la curva carga versus asentamiento. Por ejemplo, para una deflexión arbitraria de la cabeza del pilote de 25 milímetros se observan en esta figura cargas axiales en el pilote excavado convencional y el PCP con inyección de 2,090 kN y 3,380 kN, respectivamente. En otras palabras, se requirió una carga axial aproximadamente 62% más alta que la aplicada al pilote excavado convencional para alcanzar un asentamiento de 25 mm. Los resultados de la figura 2 también destacan la capacidad de carga axial mayor del PCP comparada con el pilote excavado convencional. En este artículo se presentan los resultados de análisis de transferencia de carga realizados por los autores para investigar los factores que contribuyen a la mayor capacidad de carga de los pilotes con inyección de punta (PCP).

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ARTÍCULO TÉCNICO

Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

Curva T-Z antes de la inyección

Curva TZ después de la inyección

τ Desplazamiento debido a la inyección

τ

τ0máx Curva esqueleto

τ0máx – (–τa)

Z

Z

(–τa, –za)

(–τa, –za)

Figura 4. Factor 2 relacionado con el efecto de inversión de las tensiones cortantes en la curva T-Z para el fuste del PCP.

FACTORES QUE CONTRIBUYEN AL INCREMENTO DE RIGIDEZ Y CAPACIDAD DE CARGA AXIAL DE UN PCP

Los efectos que el proceso de inyección de lechada cementante originan en el suelo alrededor y debajo de la punta del pilote son complejos, pero se consideran tres factores como los que contribuyen principalmente al aumento de rigidez y capacidad axial del PCP: 1) compresión del suelo debajo de la punta del pilote, 2) tensiones residuales a lo largo del fuste debido al movimiento vertical hacia arriba del PCP durante el proceso de inyección, y 3) incremento del área de la punta del pilote debido a la formación de un bulbo de lechada cementante (Ruiz et al. 2005). En las siguientes subsecciones se presenta un breve resumen de los análisis de transferencia de carga llevados a cabo para investigar la influencia de estos tres factores que se consideran afectan el comportamiento bajo carga axial del PCP. Una descripción más extensa se puede encontrar en Ruiz y Pando (2009). Factor 1. Compresión del suelo bajo la punta del pilote PCP (cambio de rigidez suelo Gpunta)

Como se mencionó anteriormente, en el último paso del proceso constructivo de los PCP se inyecta lechada cementante a elevada presión dentro de la membrana flexible que se encuentra fijada a la placa metálica ubicada en la base del pilote (véase figura 1). Durante el proceso, la membrana se expande contra el suelo aplicando un campo de tensiones sobre la masa de suelo circundante a la punta del pilote. Esta expansión de un bulbo produce una densificación del suelo debajo de la punta y, dependiendo de las propiedades de la lechada cementante, puede también haber un efecto de mejora del suelo por efectos de cementación de los suelos en contacto con el fluido de la lechada. El factor 1 es una especie de mejoramiento del suelo debajo de la punta que se puede modelar en un análisis de transferencia de carga, con un resorte no lineal en la punta del pilote modificado curva

Q

τ τmáx

Ap, Ep, νp f (G0)

Z

At > Ap, Ep, νp Bulbo

Figura 5. Factor 3 relacionado con el efecto de una mayor área de la punta del pilote PCP.

(Qb-Z). Esto se muestra esquemáticamente en la figura 3, donde se observa una curva de transferencia de carga para la punta del PCP con un aumento en la rigidez inicial (relacionado con módulo de rigidez cortante Gpunta) de la curva Qb-Z, así como un aumento en el valor asintótico máximo de la curva. Detalles de la implementación del factor 1 en la formulación de transferencia de carga se pueden encontrar en Ruiz et al. (2005, 2009). Factor 2. Inversión de las tensiones cortantes a lo largo del fuste del pilote PCP

Durante la inyección de lechada a la punta del pilote, el PCP se mueve verticalmente hacia arriba y moviliza la resistencia del fuste en forma de fricción negativa, que, dependiendo del procedimiento constructivo, se mantiene presente en el pilote después de la instalación en el campo, de tal manera que

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Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

Q

τmáx f(G0) fs Z (desplazamiento vertical)

Qb (fuerza vertical) Qb–máx Qb

ARTÍCULO TÉCNICO

EVALUACIÓN DE LOS FACTORES UTILIZANDO ANÁLISIS DE TRANSFERENCIA DE CARGA

Q

τ (esfuerzo de corte vertical)

fs

f(G0) Z (desplazamiento vertical de la punta)

Figura 6. Modelo discretizado para representar al método de transferencia de carga.

cuando el pilote PCP es sometido a carga axial, la curva de transferencia de carga por fricción de fuste (curva T-Z) tiene una respuesta inicialmente más rígida, como se muestra esquemáticamente en la figura 4. En Ruiz et al. (2005, 2009) se pueden encontrar detalles de la implementación del factor 2 en la formulación de transferencia de carga. Factor 3. Aumento del área de la punta del pilote PCP

Ruiz et al. (2005) evaluaron la influencia de los tres factores descritos en la sección anterior en varios proyectos con prueba de carga de pilotes PCP. Por limitaciones de espacio, en este artículo se presentan los resultados para una prueba de carga en Clearwater, Florida, EUA, reportados por Mullins et al. (2001). Como se mencionó antes, los análisis utilizaron el método de transferencia de carga o método TZ, debido a su simplicidad y a los relativamente buenos resultados que pueden obtenerse. El método de transferencia de carga está basado en una idealización del pilote en la cual se asume una discretización del pilote en una serie de elementos soportados por resortes no lineales. Los resortes que representan la resistencia de fuste del suelo se denominan, en general, resortes T-Z. Por otro lado, la resistencia de punta se modela por medio de un resorte no lineal ubicado en la punta del pilote, denominado resorte Qb-Z. La discretización propia del método de transferencia de carga puede apreciarse en la figura 6. Esta metodología se vuelve particularmente útil cuando el suelo en donde está instalado el pilote presenta un comportamiento claramente no lineal y se encuentra estratificado. En este estudio se utilizaron las curvas de transferencia de carga derivadas por Pando et al. (2004). Estas curvas son relaciones no lineales derivadas en forma teórica y se definen utilizando como referencia inicial para la rigidez del suelo el módulo de corte inicial o máximo para muy pequeñas deformaciones (G0 o Gmáx). Las curvas se derivan utilizando

Profundidad (m)

El tercer y último factor considerado como importante en la contribución al aumento de rigidez y capacidad axial de pilotes con inyección de punta está relacioResistencia de punta del cono Número de golpes Descripción del material nado con el aumento en el área efectiva q [MPa] SPT (N) t de la punta del pilote, que está asociada a 0 10 20 30 40 0 10 20 30 la formación del bulbo que se muestra en 0 la figura 1. La formación de los bulbos Relleno arenoso, medio denso, con se ha confirmado en ensayos de laboraalgunas raíces y rocas. torio a escala por Mullins et al. (2001). Su formación también se puede confirArena de suelta a 2 mar mediante estudios computacionales muy suelta como elementos finitos o expansión de cavidad. El principal efecto de un bulbo de lechada bajo la punta del pilote sería proveer una mayor área de contacto a 4 la punta; de esta manera se consigue un Punta del pilote incremento en la capacidad de carga de 4.6 punta del PCP. Para modelar el aumento del área de la punta del pilote mediante el método de transferencia de carga, 6 en este estudio se modificó la curva de transferencia de punta (curva Qb-Z), Sondeo B1 como se muestra en la figura 5. En Ruiz Sondeo B2 et al. (2005, 2009) se pueden encon8 trar detalles de la implementación del factor 3 en la formulación de transferen- Figura 7. Perfil de suelos generalizado en el sitio correspondiente al PCP ensayado cia de carga. en Clearwater, Florida.

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ARTÍCULO TÉCNICO

Carga axial [kN] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

0.01 Prueba de carga PCP

Modelo TZ Factor 1 0.02

0.03

0.00

Pilote convencional Pilote de 610 mm de diámetro L = 4.6 m, en arena Clearwater, Florida, EUA

Carga axial [kN] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Factor 2 Fricción negativa

0.01

0.02

Prueba de carga PCP Pilote convencional Modelo TZ Factor 2

0.03

0.04

Pilote de 610 mm de diámetro L = 4.6 m, en arena Clearwater, Florida, EUA

a) Predicción con sólo el factor 1 (aumento de rigidez en el suelo de punta – Gpunta, figura 3).

b) Predicción con sólo el factor 2 (inversión de dirección de fricción suelopilote, figura 4).

Carga axial [kN] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Carga axial [kN] 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Factor 3 rbulbo = 1.5 rfuste 0.01

Prueba de carga PCP

0.02 Pilote convencional 0.03

0.04

0.00 Desplazamiento de la cabeza del pilote (m)

Factor 1 ∆Gpunta = 100%

0.04

Desplazamiento de la cabeza del pilote (m)

Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

Pilote de 610 mm de diámetro L = 4.6 m, en arena Clearwater, Florida, EUA

Modelo TZ Factor 3

0.00 Desplazamiento de la cabeza del pilote (m)

Desplazamiento de la cabeza del pilote (m)

0.00

Pilote de 610 mm de diámetro L = 4.6 m, en arena Clearwater, Florida, EUA Prueba de carga PCP

0.01

0.02

Pilote convencional

0.03 Combinación de factores 2 y 3 rbulbo = 1.35 rfuste 0.04

c) Predicción con sólo el factor 3 (cambio del tamaño efectivo de la punta del pilote, rbulbo, figura 5).

Modelo TZ Factores 2 y 3

d) Mejor predicción combinando los tres factores (rigidez Gpunta, fricción negativa, rbulbo) Ruiz y Pando, 2005.

Figura 8. Predicciones de prueba de carga considerando factores aisladamente y combinados.

un modelo hiperbólico modificado con el objetivo de captar adecuadamente la no linealidad del suelo cuando se utiliza el valor de G0 como referencia inicial. Evaluación de factores para el caso de estudio en Clearwater, Florida

Para evaluar los tres factores descritos antes, se presentan resultados obtenidos por medio de análisis con el método de transferencia de carga para predecir una prueba de carga en un pilote PCP, reportado por Mullins et al. (2001) y ensayado a escala real con el objetivo de estudiar las hipótesis elaboradas acerca de los tres factores descritos anteriormente. El pilote PCP ensayado tiene un diámetro de 0.61 m y una longitud embebida de 4.57 m. En este sitio, el perfil de suelos está formado por un estrato de 1 m de espesor de relleno arenoso medio denso, debajo del cual se encuentran arenas de sueltas a muy sueltas que se extienden hasta la profundidad explorada de 8 m. En la figura 7 se muestra el perfil de suelos generalizado del sitio donde se llevó a cabo la prueba de carga en Clearwater, Florida. En el mismo

sitio se ensayó un pilote excavado convencional, o pilote de control, con el objetivo de cuantificar el aumento en la capacidad de carga del PCP. Las exploraciones del suelo en la ubicación del pilote de control muestran condiciones similares a las encontradas en la ubicación del PCP ensayado. Se estimó una resistencia última de unos 565 kN para el pilote de control, de acuerdo con el criterio de Davisson. Para el pilote PCP se inyectaron 0.107 m3 de lechada a una presión máxima de 462 kPa. El desplazamiento vertical hacia arriba máximo que se midió durante el ensayo fue de 4.83 mm, en la cabeza del pilote. La diferencia entre los desplazamientos de la cabeza y la punta del pilote puede considerarse despreciable debido a que se trata de un pilote relativamente corto y rígido (Mullins y Winters, 2004). Por esta razón, en los análisis el desplazamiento hacia arriba debido a la inyección se consideró uniforme a lo largo del pilote. Para estudiar la contribución de cada uno de los tres factores citados al aumento de capacidad y rigidez del PCP se ejecutaron varias corridas de análisis de transferencia de carga modificando un factor por vez, mientras los otros pa-

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Estimación de la capacidad y asentamientos de pilotes excavados con inyección de punta bajo carga axial

Tabla 1. Propiedades geotécnicas utilizadas para modelar PCP en Clearwater, Florida Condición

Pilote excavado de control (sin inyección de lechada)

Capa

Valor promedio*

Parámetro

Fricción fuste (fs) Fuste: 0-1.8 m (Relleno arenoso) Rigidez cortante (Go)

45 kPa 42 MPa

Fuste: 1.8-4.6 m (Arena)

Fricción fuste (fs)

20 kPa

Rigidez cortante (Go)

30 MPa

Punta: 4.6 m (Arena)

Capacidad de punta (qt) 6 MPa

PCP factor 1

Punta: 4.6 m (Arena)

Rigidez cortante (Gpunta) 56 MPa (Aumento 100%)

PCP factor 2

Fuste: 0-4.6 m (Relleno arenoso y arena)

Inversión valor inicial negativo

Valores fs arriba

PCP factor 3

Punta: 4.6 m (Arena)

Aumento de tamaño de la punta (rbulbo)

rbulbo = 1.5 rinicial (rinicial = 0.305 m)

Rigidez cortante (Go)

28 MPa

*Se reporta valor promedio, pero el modelo de transferencia se discretizó en varias subcapas.

rámetros se mantenían constantes. Las propiedades geotécnicas utilizadas en estos análisis para el pilote de control (sin inyección de lechada) y el pilote PCP con inyección se resumen en la tabla 1. Los resultados obtenidos considerando individualmente los factores 1, 2 y 3 se resumen en las figuras 8a a 8c. Estas figuras muestran que ningún factor en forma aislada pudo representar adecuadamente la respuesta del PCP registrada en el ensayo de campo. Ruiz y Pando (2005) demostraron que en cada uno de los casos de la tabla 1 se requirió un modelo de transferencia que combinase los efectos de los tres factores para mejorar la predicción del modelo de transferencia de carga a cada una de las pruebas de carga. Por ejemplo, para el caso presentado de Clearwater, la mejor predicción obtenida combinando los tres factores se muestra en la figura 8d. RESUMEN Y CONCLUSIONES

En este artículo se presentó el estudio de una prueba de carga de pilotes con inyección de lechada en la punta (PCP) por medio del método de transferencia de carga. El modelo numérico se elaboró con curvas de transferencia de carga teóricas (Pando et al., 2004) que modelan el comportamiento no lineal del suelo por medio de una hipérbola modificada cuyos valores asintóticos se estimaron a través de métodos estáticos para predecir la capacidad de carga axial de pilotes con datos de ensayos CPT usados comúnmente en la práctica. Durante la investigación se encontró que el método de transferencia de carga fue adecuado y simple de aplicar para predecir las curvas carga-desplazamiento de pilotes excavados convencionales y PCP. El método de transferencia de carga se aplicó en forma sistemática para estudiar el ensayo de prueba de carga presentado con el objetivo de evaluar la influencia de diferentes

ARTÍCULO TÉCNICO

factores que podrían controlar el aumento de capacidad de carga y rigidez que se ha observado en los PCP cuando se los compara con pilotes convencionales instalados en condiciones similares. Los análisis numéricos se utilizaron para evaluar los efectos de tres factores que se consideran contribuyen a mejorar el desempeño de los PCP. Estos factores son: 1) compresión del suelo bajo la punta del pilote, 2) inversión de las tensiones cortantes a lo largo del fuste del pilote, y 3) aumento del área de la punta del pilote debido a la formación de un bulbo de lechada cementante. La incorporación de estos tres factores en los análisis numéricos permitió lograr buenas aproximaciones a los resultados experimentales de las pruebas de carga. Sin embargo, no pudo representarse adecuadamente la mejora en la capacidad y rigidez de los PCP incorporando los factores en forma aislada. En el caso presentado, debieron incorporarse combinaciones de dos o tres factores para lograr un buen acuerdo entre los resultados numéricos y los experimentales. A pesar de que sólo se ha presentado en este artículo un ejemplo, en Ruiz et al. (2005) se pueden hallar otros casos de PCP estudiados siguiendo la metodología descrita anteriormente y que apoyan las conclusiones aquí expuestas Agradecimientos Los autores agradecen a A.H. Beck Foundation y Synchropile Inc. por el apoyo económico al segundo autor durante sus estudios de maestría, que son la base de los resultados presentados. Referencias Bolognesi, A. J. L. y O. Moretto (1973). Stage grouting preloading of large piles on sand. Proceedings of the 8th ICSMFE: 19-25. Moscú. Brusey, W. G. (2000). Post-grouted test shafts at JFK International Airport. ASCE Geotechnical Special Publication (GSP) 100 (CDROM). King, P., A. Fernandez y M. Pando (2009). Post-grouted drilled shafts – A comprehensive case history from Texas. ASCE GSP 185: 31-38. Orlando. King, P. G., M. Pando y A. Fernandez (2006). Post stressing drilled shaft tips. Proceedings of the Spring Meeting ASCE. Texas Section. Beaumont (CD-ROM). Mullins, G., S. Dapp, E. Frederick y R. Wagner (2001). Post grouting drilled shafts tips – Phase I. Informe final para el Florida Department of Transportation. Mullins, G., y D. Winters (2004). Post grouting drilled shaft tips – Phase II. Informe final para el Florida Department of Transportation. Pando, M. A., A. L. Fernandez y G. M. Filz (2004). Pile settlement predictions using theoretical load transfer curves and seismic CPT data. Proceedings of the ISC-2 Symposium on Geotechnical and Geophysical Site Characterization II: 1525-1531. Porto. Ruiz, M. E., A. L. Fernandez y M. A. Pando (2005) Bearing capacity of post grouted drilled shafts using a load transfer approach. Proceedings of the 30th Annual Conference on Deep Foundations: 139-149. Chicago: Deep Foundations Institute. Ruiz, M., y M. Pando (2009). Load transfer mechanisms of post-grouted drilled shafts in sand. ASCE GSP 185: 23-31. Orlando. Stocker, M. F. (1983). The influence of post grouting on the load bearing capacity of bored piles. Proceedings of the 8th European Conference on Soil Mechanics and Foundations Engineering: 167-170. Helsinki. Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

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ARTÍCULO TÉCNICO Kishore K. Shivaram

Ana C. Vieira Soares

Jonathan C. Cabrera

Julio R. Valdés

Estudiante de posgrado. San Diego State University (SDSU). Estudiante de pregrado. SDSU

Estudiante de posgrado. SDSU Profesor. SDSU

Cementación polimérica de suelos facilitada por microondas Experimentos de laboratorio enfocados en explorar el uso de microondas para reblandecer partículas poliméricas agregadas a muestras de suelo indican que el polímero se incorpora al reblandecerse y se endurece al enfriarse, lo que resulta en un suelo cementado artificialmente.

L

a cementación mejora la resistencia y rigidez de los suelos (Clough et al., 1981; Baig et al., 1997; Lade y Overton, 1989; Reddy y Saxena, 1993; Fernandez y Santamarina, 2001). Por ello, los esfuerzos orientados a mejorar técnicas corrientes o a desarrollar técnicas nuevas de cementación se han aplicado por décadas, y han involucrado el uso de una gama de agentes, incluido el cemento Pórtland (Consoli et al., 2010; Marri et al., 2012), limo (Asghari et al., 2003), yeso (Haeri et al., 2005) y calcita (Feng y Montoya, 2015). En este artículo se describe una técnica nueva de cementación, la cual se inicia con una mezcla de suelo y partículas de polímero termoplástico. La mezcla se calienta y, al enfriarse, el polímero, que ha sido reblandecido por el calor, se reincorpora, endurece y adhiere a la superficie de los granos, con lo que se produce su cementación polimérica. Dos granos de arena cementados mediante esta técnica se muestran en la figura 1. Al igual que otros métodos de cementación, esta técnica genera mejoramientos sustanciales de resistencia (Garcia et al., 2015) y de rigidez (Valdés y Cortés 2014), pero también produce un material que puede sanarse mediante recalentamiento (Romero et al., 2018) y ofrece una alternativa atractiva para la construcción solar (Varela Miranda et al., 2017). Sin embargo, la transferencia de calor continúa siendo un reto. Hasta ahora, el calentamiento se ha dado a través de bordes; es decir, la masa de suelo, incluyendo las partículas poliméricas, se calienta por conducción a través de elementos de calentamiento que han sido puestos cerca o sobre uno o más de los bordes que la confinan (por ejemplo, un horno convencional o una plancha caliente sobre la superficie del

Figura 1. Imagen de dos granos de arena cementados por un enlace de polímero endurecido, captada con un microscopio electrónico de barrido.

suelo). Surge un reto: los suelos comunes tienen una conductividad térmica relativamente baja, y esto se traduce en una transferencia de calor pobre, donde sólo se calienta el material situado muy cerca del elemento de calentamiento. Por ende, la gradiente termal produce una discontinuidad espacial en el reblandecimiento y flujo del polímero, lo cual produce cementación heterogénea y la posible quemadura del polímero que está en contacto con los elementos de

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Cementación polimérica de suelos facilitada por microondas

180 Finos

160

T (°C)

140 120 100 80 60

0.6-1

0.3-0.425

0.15-0.25 d (mm)

0.075-0.125

< 0.075

Figura 2. Temperaturas alcanzadas por muestras de suelos compuestos de granos con el rango de tamaño presentado en la abscisa, después de ser sometidas a microondas.

calentamiento. Emerge entonces el uso de microondas para superar dichas limitaciones y así incrementar la eficiencia del sistema de calentamiento. Podemos imaginar la aplicación de campo: una fuente móvil de microondas situada sobre o cerca de la superficie de una capa de suelo que ha sido mezclada con partículas poliméricas y compactada. Los granos se calientan a medida que las microondas penetran el suelo. Especulamos entonces que, mediante conducción, los granos calientan las partículas poliméricas, y éstas se reblandecen e incorporan produciendo la cementación al enfriarse. En otras palabras, cada grano de suelo absorbente se convierte en un elemento de calentamiento integrado cuando el suelo está siendo penetrado por microondas. La meta de este estudio es determinar si es posible producir la cementación polimérica de suelos mediante microondas. Si lo es, surge entonces como objetivo descubrir en qué medida el color (como indicador práctico de caracterización) y el contenido de finos del suelo contribuyen al recalentamiento causado por exposición a microondas y a la resistencia a la tracción que nace de la cementación polimérica producida en muestras preparadas en el laboratorio.

RESISTENCIA: COLOR Y FINOS

Con base en estos resultados, se procedió a explorar la posibilidad de utilizar microondas para inducir el calor necesario para reblandecer las partículas poliméricas agregadas y así examinar el papel que desempeñan el contenido de finos y sus características en la resistencia a tracción del suelo tratado. El estudio se inició preparando dos grupos de materiales. El primer grupo está compuesto de dos arenas sin finos: una arena café (de la cual produjimos las muestras 100 10 1

d (mm) 10

1

0.003 (f /RF) + 152.4 R2 = 0.96

0.1 CO

CO

180

B

CC T (°C)

100

CO B CM R CC

CALOR: TAMAÑO DE GRANOS

Se realizó el primer estudio geotécnico para explorar el papel que desempeña el tamaño de los granos de un suelo en la capacidad de absorción de microondas del suelo. Para este propósito, se tamizó un suelo natural arenoso en el cual las fracciones retenidas en cada tamiz poseen los mismos rasgos de color Munsell (por esto se dedujo que las fracciones comparten la misma mineralogía). Se prepararon varias muestras, cada una con suelo pasado por un tamiz y retenido en el siguiente tamiz. Se expuso cada muestra a microondas por 2 minutos en un horno de microondas convencional de 1997.2 W con microondas de frecuencia f = 2.45 GHz, y se midió la temperatura de ésta inmediatamente después del tratamiento con un termómetro infrarrojo (nota: en 2 minutos el horno consume una energía E2 = 155.7 kJ).

ARTÍCULO TÉCNICO

Los resultados se muestran en la figura 2, e indican que el calentamiento de la muestra es inversamente proporcional al tamaño de sus granos. Se notó, sin embargo, que la temperatura alcanzada por la muestra compuesta de finos (d < 75 µm) es más baja (aunque ligeramente) que la temperatura alcanzada por la muestra de la siguiente fracción (75 µm < d < 125 µm). La fracción de finos (d < 75 µm) contiene minerales arcillosos al 10% aproximadamente (d10 < 10 µm; véase curva denotada como CM en el recuadro de la figura 3), y se especula que éstos han de poseer un nivel de absorción inferior a aquélla de los granos con d > 10 µm. Un hallazgo importante que se atribuye a los datos en la figura 2 es que, para el nivel de consumo de energía seleccionado para este estudio, E2 = 155.7 kJ, un suelo se ha de beneficiar con poseer un porcentaje considerable de granos absorbentes relativamente pequeños (d < 125 µm), para así desarrollar calor en exceso necesario para inducir el reblandecimiento de partículas poliméricas agregadas, las cuales se ablandan cuando T ≈ 130 °C.

% que pasa

200

B

CC

170 CM

CM

160

R

R 150 1000

6000 0

fA

10000

20000

30000

fA/RF

Figura 3. Temperaturas alcanzadas por muestras de suelos finos después de ser sometidas a microondas, en función de la finura fA (izquierda) y de la finura normalizada por el factor de rojez RF (derecha). La finura es el área bajo la curva granulométrica con límites d = 2.5 μm y d = 72.5 μm.

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ARTÍCULO TÉCNICO

Cementación polimérica de suelos facilitada por microondas

utilizadas para generar la figura 2) y una arena blanca de cuarzo de Ottawa, cada una tamizada independientemente. El segundo grupo está compuesto de cinco tipos de suelo completamente fino, designados CO, CM, CC (café oscuro, medio, y claro), R (rojo) y B (blanco), y seleccionados suponiendo que sus distintos colores corresponden a los distintos minerales que contienen. De hecho, el calentamiento adquirido por muestras de finos expuestas independientemente a microondas durante 2 minutos es diferente, como se muestra en la figura 3. Este calentamiento parece depender en parte de la finura fA de los finos, es decir, de cuán pequeños son, y en parte del color de éstos, el cual puede caracterizarse con el factor de rojez RF. Este último se calcula combinando rasgos de color Munsell y se ha utilizado para aproximar la cantidad de óxidos de hierro en suelos residuales (Fontes y Carvalho, 2005). Por lo tanto, este tipo de caracterización podría utilizarse para calificar un suelo en cuanto a su potencial para ser calentado eficientemente por microondas. Cada suelo destinado a componer muestras para cementación fue creado mezclando un tipo de arena (grupo 1) con un tipo de suelo fino (grupo 2), lo que resultó en un suelo con i) un contenido de finos de FC = 5% o de FC = 20%, y ii) un contenido de granos gruesos cuya curva granulométrica es lineal en un gráfico log-log (véase recuadro en la figura 4). Este tipo de granulometría permite la compactación del suelo en un empaque autosimilar que dificulta la segregación (Kenney y Lau, 1985), y por ende es ideal para la preparación de muestras de suelo cementado en el laboratorio. Se seleccionaron estos valores de contenido de finos suponiendo que no hay interconectividad de los finos dentro de la estructura en suelos con FC = 5% y que esta interconectividad se establece al menos en parte en suelos con FC = 20% (Park y Santamarina, 2017). Cada muestra de 1 Fracción que pasa

Fracción que pasa

1

0.5

0

0.1

0.01 0.01

0.01

0.1 d (mm)

1

0.1

1

d (mm)

Figura 4. Curvas granulométricas de suelos minerales tamizados para producir muestras de suelo cementado.

suelo con partículas poliméricas se preparó de la siguiente manera: primero se mezcló un suelo predeterminado (por ejemplo, un suelo compuesto de arena café con finos tipo R) con partículas de polietileno (10 µm < d < 60 µm; Tiger Drylac) para conseguir un contenido polimérico PC = mP / (mP + mS) = 5% o PC = 10%, donde mP es la masa de las partículas de polímero y mS es la masa del suelo. Luego se vertió una porción de la mezcla en un tubo de vidrio de cuarzo (diámetro interior = 25 mm) forrado internamente con papel encerado. De ahí, se apisonó esta porción con una varilla hasta que estuviera firme. Luego, se vertió otra porción y se apisonó, y así sucesivamente, hasta que la muestra alcanzara una altura de aproximadamente 75% del diámetro, lo cual se requiere para la prueba de tracción. Se sometió la muestra a microondas por 2 minutos y luego se retiró del horno para que se enfriara y endureciera al aire libre dentro del tubo. Finalmente, se extrajo la muestra del tubo, lo cual se hace fácil por el papel encerado. Se midió la resistencia de cada muestra a través de la prueba de resistencia a tracción indirecta qt (ensayo brasileño), en el cual se cargó la muestra diametralmente con una tasa de deformación = 0.1 mm/s, y esta falla con una fractura que se propaga rápidamente a través de su ecuador. Algunos tipos de muestra se duplicaron o triplicaron para asegurar un alto nivel de repetición. Todas las muestras que se prepararon con arena blanca de cuarzo resultaron no cementarse o cementarse tan pobremente que las muestras se desintegraban al extraerse del tubo, es decir, qt = 0. Se puede considerar, entonces, que las muestras preparadas con arena blanca de cuarzo son en esencia elementos testigo, ya que no se generó cementación en ellas. De hecho, este resultado (qt = 0 para muestras de arena blanca) confirma que el cuarzo es esencialmente transparente a las microondas (McGill et al., 1995) y, más aun, indica que la presencia de finos absorbentes (hasta un 20%) dentro de una arena transparente es insuficiente para generar el calentamiento necesario para producir la cementación polimérica (para el consumo de energía y duración utilizados en este estudio). A diferencia de las muestras con arena de cuarzo, todas las muestras con arena café resultaron ser cementadas, con qt > 0, como se presenta en la figura 5, donde se ofrecen los valores de qt en función de la finura de los finos fA, el contenido de polímero PC, el contenido de finos FC y el tipo de finos. Pueden hacerse varias observaciones. Consideremos los casos con FC = 5% primero. Cuando el PC = 10%, el qt es claramente dependiente de la finura, con qt disminuyendo al aumentar la finura (marcador ①), independientemente de la temperatura alcanzada por los finos (figura 3). Si el PC se reduce a 5%, entonces los valores de qt se reducen, dado que hay menos polímero disponible para cementar el material. Las muestras con finos tipo R sufren la reducción más severa de qt (marcador ②), debido a que el tipo R alcanza las temperaturas más bajas (figura 3). Consideramos ahora las muestras con FC = 20%. En general, éstas son notable-

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Cementación polimérica de suelos facilitada por microondas

ARTÍCULO TÉCNICO

PC = 5%

PC = 5%

PC = 10%

qt (kPa)

PC = 10%

mente más débiles que las muesFC = 5% FC = 20% 1800 tras correspondientes con FC = 5%. 1600 Tanto la finura como la temperatura CM CC alcanzada por los finos desempeñan 1400 ① un papel importante en el valor de qt R para muestras con FC = 20%. Nótese 1200 que las muestras con finos tipo R B CO muestran los valores de qt más bajos 1000 para ambos casos (PC = 5% y 10%), 800 debido a que dichos tipos de finos al③ canzan temperaturas bajas (figura 3). 600 Aunque las muestras con finos tipo CO y B alcanzan temperaturas rela400 tivamente altas (figura 3), su finura, ② 200 también alta, produce valores relativamente bajos de qt (marcador ③), 0 dado que se requiere relativamente 2000 3000 4000 5000 6000 2000 3000 4000 5000 6000 más polímero para cementar el alto fA fA grado de superficie en estas muestras. Finalmente, los resultados in- Figura 5. Valores de resistencia a la tracción qt para muestras compuestas de arena café dican que la presencia de finos alta- y finos de tipo CC, CM, CO, R o B, con base en la finura de los finos fA, el contenido de mente absorbentes y con finura baja polímero PC, el contenido de finos FC y el tipo de finos. resulta en los valores más altos de qt. Este es el caso de las muestras con finos tipo CC. distancia a la cual la amplitud de la onda incidente se reduce En resumen, se encontró que las microondas pueden a 1/e, y depende de las propiedades electromagnéticas del utilizarse para cementar suelos absorbentes a través del material penetrado (Feynman 2005). Es relevante saber que calentamiento de los granos, y por consecuencia, el reblan- los minerales que contienen óxidos de metales son materiadecimiento de partículas poliméricas agregadas al suelo. Se les de buena absorción, ya que exhiben tasas notables de caaprende que el calentamiento que sufre una muestra de suelo lentamiento por microondas (McGill et al., 1995). Este tipo cuando es sometida a microondas es inversamente propor- de minerales, como la hemetita y la goethita, son constitucional al tamaño de los granos; las muestras compuestas de yentes típicos en suelos residuales y volcánicos (Townsend, granos con d < 125 µm exhiben la mayor tasa de calenta- 1985), los cuales tienden a ser de color negro, rojizo y café, miento a consumo de energía. Para muestras compuestas de como los suelos utilizados en este estudio. Esto se traduce finos, el calentamiento es proporcional a cuán finos son los en que la técnica descrita aquí podría tener una aplicación finos y a su mineralogía. El papel de los finos se traduce en muy amplia en cuanto al tratamiento de suelos naturales. En un compromiso en referencia al potencial que puede tener todo caso, la profundidad de penetración se ve afectada conun suelo para calificar para dicha técnica de cementación. En siderablemente si el material es ferromagnético. La mayoría cuanto a calentamiento, un suelo arenoso se beneficia con la de los suelos no contienen componentes ferromagnéticos presencia de finos que absorben microondas. Sin embargo, (Santamarina et al., 2005), y por lo tanto el calentamiento la resistencia a la tracción se reduce con aumentos en el por microondas está dominado por la absorción de dipolos contenido de finos, dado que la superficie mineral que ha de eléctricos (Porch et al., 2013). En este caso, zp es función de cementarse aumenta con el contenido de finos. la longitud de onda λ, y la constante dieléctrica ε’ y el factor de pérdida ε’’ del material (Gueguen y Palciauskas, 1994): HACIA LA APLICACIÓN DE CAMPO zp = [λ (ε’)1/2]/[2π ε’’]. La constante dieléctrica caracteriza La medida en que el sistema descrito puede ser efectivo en la capacidad que tiene el material para almacenar energía el campo depende de su capacidad para causar el reblande- eléctrica, y el factor de pérdida caracteriza la capacidad que cimiento de las partículas poliméricas hasta la profundidad tiene el material para convertir energía eléctrica en calor que se desee cementar, zd. Es decir, el suelo que reside entre (Bhattacharya y Basak, 2016). El valor de ε’ varía entre 1.5 la superficie (z = 0) y zd debe sostener la temperatura nece- y 4 (aumentando al decrecer la porosidad; Okrasinski et saria durante la duración del tratamiento. Esta profundidad, al., 1979), y ε’’ ≈ 0.05 para microondas con f = 2.45 GHz zd, es función de la tasa de calentamiento (que a su vez de- (Hallikainen et al., 1985; Matzler 1998). Con estos valores, pende de la conductividad térmica del suelo), de cuán hondo se calcula que desde una fuente puesta sobre la superficie puedan penetrar las microondas y de cuán absorbente sea el de un suelo seco, las microondas con f = 2.45 GHz pueden material. La profundidad de penetración zp se define como la alcanzar una penetración de zp ≈ 1 m (figura 6). Este cálcu-

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Cementación polimérica de suelos facilitada por microondas

lo ignora el hecho de que ε’ y ε’’ varían en función de la temperatura del material que está absorbiendo microondas. De hecho, zp decrece a medida que la temperatura se eleva. Sin embargo, el calor que contiene el volumen de material que está absorbiendo microondas se ha de transferir, por conducción, a zonas aledañas, y genera así el crecimiento de la masa de suelo que sufre calentamiento. Sería necesario un programa de experimentación para descubrir las condiciones requeridas para zd > zp y para zd < zp. Para cálculos de aproximación, se asume zd = zp ≈ 1 m, y por ende, puede considerarse que el volumen máximo de suelo a tratar en el campo es de V = 1 m3. La energía requerida para causar que esta masa de suelo msu = ρV sufra un calentamiento de ΔT = 110 °C (de 20 °C a 130 °C) es E = ρVcΔT, donde c = capacidad calorífica específica del suelo. Para un caso con c = 800 J/(kg °C) y ρ = 1,560 kg/m3 (suelo café con finos tipo CM, PC = 5% y FC = 20%), la energía requerida por metro cúbico es 38 kW-h. Encontrar el protocolo óptimo, es decir, la combinación óptima de potencia P y tiempo t para implementar esta energía E = Pt, requiere ensayos experimentales que puedan revelar el tiempo necesario para causar el flujo y reincorporación del polímero y una potencia que sea alta para así reducir el tiempo t, pero no muy alta, para así prevenir la ignición del polímero. El polímero utilizado en este estudio es una aleación polimérica (016/00030) ofrecida por Tiger Drylac y utilizada en aplicaciones para recubrimiento de superficies. Tiene una densidad de 1.2 gm/cm3, se reblandece cuando T = 130 °C y se enciende cuando T = 350 °C. Se midió su módulo elástico tensional (Etr ≈ 460 MPa) y su resistencia a la tracción (qtr ≈ 17 MPa, ésta ocurriendo a una elongación de 5%) mediante ensayos ASTM D638. Para cada ensayo, se compactó el polímero dentro de un molde de acero con forma dog bone rociado con teflón, y se colocó éste dentro de un horno convencional con T = 130 °C por una hora, con lo que se generó el reblandecimiento completo del polímero dentro del molde. Luego se esperó la reincorporación del polímero a temperatura ambiente para extrudir la muestra y ensayarla. La resistencia al corte del polímero es menor que la resistencia del enlace (bond) que comparte con la superficie de los granos de suelo (Garcia et al., 2015). Aunque este polímero produce buenos resultados, se pueden utilizar también otros tipos de polímeros, incluso reciclados (Romero et al., 2018). Cabe mencionar que la técnica pierde su valor en el caso de suelos que contienen agua, ya que el agua (ε’ ≈ 75, ε’’ ≈ 10 para f = 2.45 GHz) absorbe microondas a un nivel superior al de la mayoría de los minerales comunes. Es por esto que la profundidad de sondeo de un georradar se ve comprometida en suelos saturados (Daniels, 2005; figura 6). Adicionalmente, los polímeros comunes tienen puntos de reblandecimiento que exceden el punto de ebullición del agua. Se puede pensar en algunas aplicaciones de mejoramiento de suelos que podrían beneficiarse de no utilizar agua (y de promover su conservación), como puede pensarse también que

1000

100

Georradar

10

Sue

zp (m)

ARTÍCULO TÉCNICO

lo (

Sue

lo (

1

ε’ =

ε’ =

2.45 GHz

4)

1.5

)

Ag

ua

0.1

0.01 0.01

0.1

f (GHz)

1

10

Figura 6. Profundidad de penetración de ondas electromagnéticas con frecuencia f en agua y en suelos secos con ε’’ = 0.05.

la presencia de agua natural es inevitable en áreas tropicales. En todo caso, el sistema de campo previsto se limita a aplicaciones que se den cerca de la superficie, donde la fuente de microondas se colocaría sobre o cerca de ésta, y siempre que el suelo permanezca seco durante el tratamiento (algunos ejemplos incluyen compactación de bases y capas bases para pavimentos, construcción de rellenos en capas y detrás de muros de retención, así como estabilización de taludes) Agradecimiento Esta investigación fue en parte patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos. Agradecemos la iniciativa de Timothy Newson, el apoyo experimental ofrecido por George Youssef, y los comentarios ofrecidos por Robert Hawk, Takis Mitropoulos y Fletcher Miller. Referencias Asghari, E., D. G. Toll y S. M. Haeri (2003). Triaxial behaviour of a cemented gravely sand, Tehran alluvium. Geotechnical and Geological Engineering 21(1): 1-28. ASTM Standard D638 (2014). Standard test method for tensile properties of plastics. West Conshohocken: ASTM International. Baig, S., M. Picornell y S. Nazarian (1997). Low strain moduli of cemented sands. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 123(6): 540-545. Bhattacharya, M., y T. Basak (2016). Susceptor-assisted enhanced microwave processing of ceramics - a review. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences 42(6): 433-469. Clough, G. W., N. S. Rad, R. C. Bachus y N. Sitar (1981). Cemented sands under static loading. Journal of the Geotechnical Engineering Division 107(6): 799-817. Consoli, N. C., R. C. Cruz, M. F. Floss y L. Festugato (2010). Parameters controlling tensile and compressive strength of artificially cemented sand. ASCE Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 136(5): 759-763. Daniels, D. J. (2005). Ground penetrating radar. Encyclopedia of RF and Microwave Engineering. Wiley and Sons. Feng, K., y B. M. Montoya (2015). Influence of confinement and cementation level on the behaviour of microbial induced calcite precipitated sands under monotonic drained loading. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 142(1): 1-9.

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ARTÍCULO TÉCNICO

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ARTÍCULO TÉCNICO Jorge G. Zornberg

Profesor del Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Texas en Austin.

Funciones y aplicaciones de geosintéticos en carreteras Los geosintéticos han sido utilizados con éxito para cumplir con una serie de funciones que contribuyen significativamente al buen desempeño de las carreteras. Específicamente, se han utilizado para cumplir con las funciones de separación, filtración, refuerzo, rigidización, drenaje, barrera y protección. Una o más de ellas se usan en por lo menos seis aplicaciones importantes para proyectos viales: estabilización de la subrasante, reducción de la contaminación de materiales de capas diferentes, disminución del contenido de humedad, estabilización de la capa de base, mitigación de agrietamiento reflectante en sobrecarpetas de asfalto y disminución de problemas asociados con la presencia de arcillas expansivas (cargas ambientales). Este artículo ilustra las funciones y los mecanismos, así como recientes avances relacionados con las diferentes aplicaciones de geosintéticos en carreteras. 1. INTRODUCCIÓN

Los geosintéticos más utilizados en los sistemas de carreteras incluyen los geotextiles (tejidos y no tejidos) y las geomallas (biaxiales y multiaxiales), aunque en un buen número de proyectos también se han usado productos de control de erosión, geoceldas, georredes (o geocompuestos de drenaje) y geomembranas. Se puede hacer uso de estos diferentes tipos de geosintéticos para cumplir con una o más funciones específicas en una variedad de aplicaciones para carreteras. Por ejemplo, se han utilizado geosintéticos desde la década de 1970 para mejorar el comportamiento de caminos sin pavimentar sobre subrasantes blandas. A principios de los ochenta ya se echaba mano de geosintéticos para minimizar el agrietamiento reflectante en sobrecarpetas asfálticas y para mejorar el comportamiento de las capas de base. La terminología utilizada en la bibliografía técnica para describir las distintas aplicaciones de geosintéticos en los sistemas de carreteras, así como sus funciones que corresponden a las diversas aplicaciones, no ha sido consistente. Esto es comprensible, ya que los mecanismos que conducen a la mejora de carreteras en las distintas aplicaciones son

complejos y a menudo están entrelazados. En consecuencia, un objetivo importante de este artículo es presentar un marco consistente para categorizar las diferentes aplicaciones y, de esta forma, minimizar inconsistencias con respecto a la terminología utilizada en el uso de geosintéticos en el diseño de carreteras. El marco propuesto en el presente trabajo, aunque fuertemente basado en marcos utilizados actualmente para el diseño de geosintéticos (Koerner, 2012), sigue dos premisas claves: 1) las funciones de los geosintéticos inequívocamente corresponden a sus propiedades, y 2) las aplicaciones de los geosintéticos corresponden a diferentes tipos de proyectos que son implementados para alcanzar objetivos específicos de diseño. Las aplicaciones que involucran geosintéticos pueden requerir el uso de una única función o una combinación de las funciones de estos productos para desarrollar los mecanismos mecánicos o hidráulicos encaminados a mejorar el comportamiento de las carreteras. En la figura 1 se muestra la sección transversal de una carretera asfaltada donde se indican las ubicaciones de las capas de geosintéticos que pueden ser utilizadas, así como

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Sobrecarpeta asfáltica las diferentes funciones que cumpliSeparación rían, entre las que se incluyen: Carpeta asfáltica original • Separación. El geosintético colocado entre dos capas de materiales Base disímiles las mantiene separadas Barrera Refuerzo para conservar su integridad y funcionalidad. Este término puede también referirse al alivio de tenFiltración siones que puedan ser transmitidas Sub-base Rigidización entre dos capas. Propiedades clave de diseño para llevar a cabo esta función son aquellas relacionadas Drenaje con la supervivencia de los geosintéticos durante su instalación. Subrasante • Filtración. El geosintético permite flujo de líquido en forma transversal a su plano, reteniendo aguas arriba las partículas finas del sue- Figura 1. Múltiples funciones de los geosintéticos en aplicaciones para carreteras. lo. Para cumplir esta función, la permitividad (conductividad hidráulica en la dirección Seis de las siete funciones identificadas en esta lista han perpendicular al plano del geosintético, por unidad de sido tradicionalmente consideradas en la bibliografía técespesor) y los parámetros que caracterizan la distribución nica (Koerner, 2012; Zornberg y Christopher, 2006). Sin del tamaño de los poros del geosintético (como el tamaño embargo, en este trabajo se considera una séptima función: de abertura aparente) son propiedades clave de diseño. la rigidización. Esta adición es relevante para establecer • Refuerzo. El geosintético desarrolla fuerzas de tracción una distinción clara entre los geosintéticos utilizados para destinadas a mantener o mejorar la estabilidad del com- desarrollar fuerzas de tracción destinadas principalmente puesto suelo-geosintético. Una propiedad clave de diseño a mejorar la estabilidad del sistema y aquellos en los que las para llevar a cabo esta función es la resistencia a la trac- fuerzas de tracción sirven primeramente para controlar las deformaciones del sistema. Aunque ambas funciones implican ción del geosintético. • Rigidización. El geosintético desarrolla fuerzas de trac- mejoras mecánicas, las propiedades requeridas para satisfación destinadas a minimizar las deformaciones en el com- cerlas pueden ser diferentes. puesto suelo-geosintético. Las propiedades clave de diUna o más de las siete funciones mencionadas se utilizan seño para lograr esta función son aquellas utilizadas para para mejorar el comportamiento de carreteras en las seis cuantificar la rigidez del compuesto suelo-geosintético. aplicaciones que se presentan en este artículo. Éstas se limi• Drenaje. El geosintético permite el flujo de líquido (o tan a aquellas en las que los geosintéticos son utilizados en gas) en el plano de su estructura. Una propiedad clave de la sección de una carretera. En consecuencia, no se incluyen diseño para caracterizar esta función es la transmisividad aplicaciones de transporte relacionadas con mejoras que (conductividad hidráulica en el plano del geosintético in- involucran otros componentes. Este tipo de aplicaciones, tegrada por el espesor de éste). incluyendo desagüe de piedras, elementos de control de erosión y componentes para la gestión de aguas superficiales, A pesar de ser comparativamente menos comunes en apli- son abordados por Holtz et al. (1997, 2008) y Zornberg y caciones para carretera, algunas funciones adicionales de los Thompson (2010). geosintéticos son: • Barrera hidráulica (o de gas). El geosintético es utilizado 2. ESTABILIZACIÓN DE LA SUBRASANTE para minimizar el flujo en la dirección normal a su plano, La estabilización de subrasante es la aplicación de geosintéfacilitando la contención de líquidos o gases. Algunas de ticos en proyectos de carreteras para aumentar la capacidad las propiedades clave de diseño son las relacionadas con la portante de suelos blandos en la subrasante. En esta aplicación durabilidad a largo plazo del material geosintético. están involucradas las funciones de refuerzo, rigidización, • Protección. El geosintético minimiza el daño de otros separación y filtración; la primera conduce a un aumento de la productos (por ejemplo, las geomembranas) con el fin de capacidad portante, mientras la función de rigidización contrievitar perforaciones tales como las recurrentes de la insta- buye a disminuir la rodera (ahuellamiento) generado por deforlación de capas subsecuentes. Son propiedades claves de mación de la propia subrasante. Por consiguiente, la resistencia diseño las que caracterizan la resistencia del geosintético a la tracción y la rigidez del geosintético son propiedades diseño claves en proyectos de estabilización de subrasante. a la punción.

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El geosintético se coloca en la interfaz entre la subrasante a ser estabilizada y la base granular sobreyacente. El geosintético generalmente también proporciona estabilización al material base que se sobrepone, aunque a través de otros mecanismos, como se discutirá subsecuentemente en este artículo. La estabilización de la subrasante involucra el desarrollo de deformaciones comparativamente elevadas en el geosintético, así como una rodera significativa, ambos fenómenos consistentes con los anticipados sólo en el caso de carreteras no pavimentadas; en cambio, la estabilización de la base involucra el desarrollo de deformaciones comparativamente bajas en los geosintéticos, consistentes con las desarrolladas en carreteras pavimentadas. Como se ilustra en la figura 2a, la presencia de una subrasante con suelos blandos puede conducir al desarrollo de fallas de corte localizadas (punzonamiento) en los suelos de cimentación, lo que crea desplazamientos significativos en las diversas capas sobreyacentes de la carretera. Esto se ve exacerbado por un ángulo comparativamente estrecho de distribución de tensiones dentro de la capa de base, lo que a su vez resulta en una presión de contacto comparativamente alta en la parte superior de la capa de subrasante (Giroud y Han, 2004). La figura 2b ilustra el impacto que un geosintético con propiedades mecánicas adecuadas puede tener en la capacidad portante de los suelos en la subrasante. El geosintético actúa como una membrana tensionada, al menos parcialmente. Es decir, el geosintético desarrolla una forma cóncava, por lo que la tensión actuante incluye una componente vertical que resiste directamente la carga de rueda aplicada. Más importante aun, los desplazamientos verticales y la tensión inducida por membranas bajo el trayecto de rueda resultan en la movilización de tensiones de corte a lo largo de la interfaz suelo-geosintético más allá del trayecto de rueda. Esta tensión minimiza a su vez la tendencia a levantamiento de la subrasante (Giroud y

Han, 2004). En última instancia, la restricción vertical de la subrasante resulta en una sobrecarga que se aplica más allá del trayecto de rueda, la cual puede contribuir significativamente a una mayor capacidad portante en la subrasante. Se requieren deformaciones significativas (es decir, una gran profundidad de rodera), consistentes con las aceptables sólo en carreteras sin pavimentar, para movilizar este mecanismo. La estabilización de subrasante es particularmente relevante para proyectos en los cuales los valores de CBR en la subrasante son inferiores a 3 (Barksdale et al., 1989). Además, la rigidización del material de base produce una distribución de tensión caracterizada por un ángulo comparativamente amplio, lo que conduce a una presión de contacto relativamente baja en la parte superior de la capa de subrasante. Este mecanismo cambia el tipo falla, de un mecanismo de cizallamiento localizado (punzonamiento) en una subrasante no estabilizada a uno de corte generalizado en una subrasante estabilizada. A menudo se han aplicado geosintéticos en la estabilización de subrasante para facilitar la construcción. En suelos de subrasante extremadamente blandos, puede ser casi imposible iniciar la construcción de un terraplén o carretera sin estabilización. Los geosintéticos han demostrado ser una alternativa de bajo costo en relación con otros métodos de estabilización de suelos de cimentación, tales como control del nivel freático, excavación y sustitución con materiales granulares seleccionados, construcción de capas de base granular particularmente gruesas, o estabilización química (Perkins et al., 2010; Christopher, 2014). La estabilización con geosintéticos permite a los contratistas alcanzar los requisitos de compactación mínima en la primera capa de material granular. Incluso en los casos en que la estabilización con geosintéticos se adopta para permitir la construcción inicial, su uso proveerá beneficios a largo plazo y mejoras en el comportamiento de la carretera durante su vida útil.

Soporte de carga inducido por el geosintético

Confinamiento de la subrasante inducido por el geosintético

Zona de distribución de tensiones Base Tensión en el geosintético Geosintético Corte por punzonamiento Subrasante Corte generalizado

a

b

Figura 2. Uso de geosintéticos para estabilizar subrasantes: a) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos.

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Carpeta asfáltica Base

Suelos finos bombeados Geosintético Agregados gruesos entremezclados

Subrasante

a

b

Figura 3. Uso de geosintéticos para reducir entremezclado de capas diferentes: a) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos.

3. REDUCCIÓN DEL ENTREMEZCLADO DE CAPAS DIFERENTES

Los geosintéticos se utilizaron originalmente en carreteras para cumplir con la función de separación. En este tipo de aplicación, un geosintético se coloca entre dos capas con suelos de diferentes distribuciones granulométricas. De hecho, una causa importante de falla de carreteras construidas sobre suelos blandos es la contaminación de los agregados de la base con el suelo blando de la subrasante que le subyace (véase figura 3a). La contaminación se produce debido a: 1) penetración del agregado de la base dentro de los suelos blandos en la subrasante subyacente debido a fallas de capacidad portante localizadas bajo las cargas inducidas por el tráfico, y 2) intrusión de los suelos finos de la subrasante en el agregado de la base, causada por el reblandecimiento y bombeo del suelo de subrasante debido la generación de presión de poro. La contaminación de la base resulta en capacidad estructural insuficiente, lo que conduce a menudo a fallas prematuras de la carretera. Un geosintético colocado entre las capas de subrasante y base puede actuar como un separador eficaz y prevenir el entremezclado de los suelos finos de la subrasante y el agregado de la capa de base. Incluso una pequeña cantidad de finos que contamina el material granular de una capa de base puede afectar negativamente la respuesta estructural, incluyendo reducción de la resistencia al corte, disminución de la conductividad hidráulica y mayor susceptibilidad al congelamiento de suelos. En última instancia, un agregado contaminado con suelos finos se puede comportar esencialmente como los propios suelos de grano fino. En consecuencia, la contaminación conduce a una reducción del espesor efectivo de la capa de base, y finalmente a una disminución de la vida útil de la carretera. El uso de un geosintético como separador es relativamente barato y puede resultar en ahorros significativos de costos a lo largo de la vida útil de una carretera (véase figura 3b).

Entre los diferentes tipos de geosintéticos, los geotextiles se han utilizado para evitar el entremezclado de diferentes capas. Koerner (2012) y Holtz et al. (1997, 2008) proporcionan metodologías de diseño para el uso de geosintéticos en aplicaciones de reducción de entremezclado de capas. 4. DISMINUCIÓN DEL CONTENIDO DE HUMEDAD

La presencia de humedad en las capas de base, sub-base y subrasante de una carretera es perjudicial, pues compromete las propiedades mecánicas de los suelos. En la figura 4a se muestra el impacto en el comportamiento de una carretera causado por la disminución en el módulo de las capas de base y la subrasante, inducida por la presencia de humedad. Una forma de cuantificar el impacto debido a cambios de humedad es su efecto sobre el número estructural (SN) del método de diseño propuesto por la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO 1993). Este método considera el pavimento como un sistema elástico multicapa, con un número estructural global que refleja el espesor total del pavimento y su resiliencia ante cargas repetidas de tráfico. El SN requerido para un proyecto se selecciona de manera que el pavimento soportará las cargas de tráfico esperadas y sufrirá una pérdida en su servicibilidad que no exceda los requisitos del proyecto. El SN es penalizado por un coeficiente de drenaje, m, que representa las características de humedad de cada capa del pavimento. Esta penalización puede ser considerable, con valores para m que varían de 1.4 (para excelentes condiciones de drenaje) a 0.4 para condiciones de drenaje pobres. Dicho más directamente, la capacidad estructural de una carretera con condiciones de drenaje pobres es el 29% (es decir, la relación entre los coeficientes extremos) de la de una carretera con excelentes condiciones de drenaje. Los diseñadores a menudo pasan por alto la importancia del drenaje lateral (interno) en una carretera, y se centran en construir capas espesas de material de

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alta calidad omitiendo el uso de sistemas de drenaje internos. Desafortunadamente, la humedad atrapada bajo un pavimento exacerbará su deterioro mediante el aumento de presiones de poro y el reblandecimiento de suelos de base y subrasante. En la figura 4b se ilustra el uso de un geosintético con capacidad de drenaje interno en su plano. En esta imagen, se colocó un drenaje geosintético horizontal directamente bajo la carretera, el cual desvía lateralmente la humedad que pueda haber alcanzado la base a través de infiltración descendente resultado de la presencia de grietas en la carpeta asfáltica. El geosintético también puede minimizar la humedad en suelos de la subrasante subyacente, que puede haber alcanzado un alto grado de saturación, por ejemplo a través del ascenso capilar debido a la presencia de un nivel freático relativamente elevado. Los geosintéticos convencionales de drenaje en plano incluyen los geocompuestos de drenaje (una combinación de georredes y filtros de geotextil) y geotextiles con alta transmisividad. Sin embargo, estos geosintéticos convencionales sólo pueden proporcionar drenaje lateral inducido por la gravedad, que es importante cuando el sustrato adyacente al geosintético ha alcanzado las condiciones de saturación. Con los avances en la fabricación de geosintéticos, tales como el desarrollo de geotextiles con drenaje lateral mejorado (ELD), también es posible el drenaje en condiciones de suelo no saturado. Zornberg et al. (2016) ponen de relieve el uso de ELD en una serie de situaciones de proyectos de carretera, incluyendo: 1) drenaje lateral mejorado de humedad migrando hacia arriba desde un alto nivel freático, 2) drenaje lateral mejorado de humedad infiltrándose hacia abajo desde la superficie, 3) control de daños causados por el congelamiento de suelos, 4) control de daños causados por la presencia de arcillas expansivas en la subrasante, y 5) drenaje lateral mejorado en proyectos de relativo mejoramiento de suelos de cimentación.

5. ESTABILIZACIÓN DE LA CAPA DE BASE

La estabilización de la capa de base se puede definir como la aplicación de geosintéticos en un proyecto carretero para mantener o aumentar la rigidez de los agregados en la capa de base. La rigidización es la función principal (y única) que conduce a la disminución de desplazamientos laterales dentro del compuesto suelo-geosintético de la capa de base y al aumento de confinamiento en él. Como se indicó anteriormente, las propiedades claves de diseño para cumplir con esta función incluyen aquellas que cuantifican la rigidez del material compuesto de suelo-geosintético. Mientras que el geosintético podría ser colocado dentro de la capa de base, su colocación (para facilitar la constructibilidad) debe hacerse en la interfaz entre la base por ser estabilizada y la subrasante subyacente. Esta interfaz es también el lugar donde se colocan los geosintéticos para estabilizar la subrasante. En consecuencia, es posible que un geosintético utilizado para estabilización de base también sirva para estabilización de subrasante, lo cual ilustra un caso en el que un único geosintético puede ser utilizado para dos aplicaciones: estabilización de la subrasante (para aumentar la capacidad portante de la subrasante) y estabilización de la base (para controlar los desplazamientos laterales del material en la base y, en consecuencia, mantener una rigidez elevada). Sin embargo, la estabilización de subrasante implica la movilización de deformaciones comparativamente altas en el geosintético y el desarrollo de grandes profundidades de rodera. Por el contrario, la estabilización de la capa de base generalmente involucra la movilización de deformaciones más pequeñas en el geosintético, lo que requiere también un alto nivel de interacción entre el geosintético y el material de la capa de base sobreyacente. En la estabilización de la capa de base, el nivel de deformaciones es consistente con las profundidades de rodera pequeñas esperadas en carreteras pavimentadas.

Carpeta asfáltica

Lluvia

Lluvia

Base Infiltración de humedad Geosintético

Subrasante

Ascensión de agua capilar

a

b

Figura 4. Uso de geosintéticos para disminuir el contenido de humedad: a) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos.

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Tendencia del agregado a desplazarse lateralmente Carpeta asfáltica

Base

Restricción lateral inducida por el geosintético Presiones de contacto

Presiones de contacto Geosintético

Subrasante

a

b

Figura 5. Uso de geosintéticos para estabilizar la base de carretera: a) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos.

Los desplazamientos laterales de las partículas del material granular que ocurren bajo la carga de tráfico repetido representan un mecanismo que degrada las propiedades mecánicas del agregado de la base. Tal desplazamiento es de particular importancia en la porción inferior de la capa de base, directamente bajo el trayecto de la rueda, que es donde las tensiones de tracción son más propensas a desarrollarse. En la figura 5a se ilustran los desplazamientos laterales que pueden desarrollar los agregados dentro de la capa de base. Los desplazamientos resultan en una disminución de presiones laterales en el agregado (es decir, disminución de su confinamiento) que puede afectar significativamente el módulo del material de base. En un sistema de pavimento de múltiples capas, la característica principal de la capa de base es su alto módulo, que ensancha la distribución de las cargas verticales y en última instancia disminuye las presiones verticales máximas que actúan en la interfaz del contacto base-subrasante. La degradación del módulo original del material granular, inducida por el tráfico, resulta en el aumento de las presiones de contacto en la interfaz base-subrasante, y a la larga en profundidades altas de rodera en carretera. En la figura 5b se ilustra la restricción al desplazamiento lateral proporcionada por el geosintético. La interacción entre el agregado de base y el geosintético da como resultado una transferencia de tensiones de corte del material de base, e induce tensiones de tracción en el geosintético. Como consecuencia, se necesita una transferencia de corte alta a lo largo de la interfaz para estabilizar la capa de base. Además, la propia rigidez a la tracción del geosintético contribuye a limitar el desarrollo de deformaciones laterales. Zornberg et al. (2018) identificaron un parámetro, la rigidez del compuesto suelo-geosintético, que considera tanto la resistencia al corte de la interfaz suelo-geosintético como la rigidez del geosintético. El aumento en el confinamiento

que ofrece el geosintético en el material de la capa de base conduce a un aumento en las presiones confinantes, lo que lleva también a un aumento en la resistencia al corte del agregado. Las características tanto de fricción como de trabazón a lo largo de la interfaz suelo-geosintético contribuyen a la restricción lateral. Por lo tanto, cuando se utilizan geomallas, su abertura y el tamaño de partículas en la base deben seleccionarse adecuadamente. Por otro lado, cuando se utilizan geotextiles, la capacidad friccional de la interfaz debe ser adecuada. Como también se ilustra en la figura 5b, la mayor rigidez de la base estabilizada con geosintéticos resulta en una distribución de cargas verticales más amplia y en tensiones verticales menores actuando en el contacto base-subrasante. 6. MITIGACIÓN DE AGRIETAMIENTO REFLECTANTE EN SOBRECARPETAS ASFÁLTICAS

Una de las primeras aplicaciones de los geosintéticos en carreteras pavimentadas tuvo como propósito la prevención de agrietamiento reflectante en las sobrecarpetas asfálticas. El agrietamiento reflectante puede ocurrir en nuevas sobrecarpetas asfálticas en el punto donde ya se habían desarrollado grietas en el antiguo pavimento. Este fenómeno puede ser provocado por esfuerzos de flexión y corte inducidos por las cargas repetidas de tráfico, así como por esfuerzos de tracción causados por variaciones térmicas (Button y Lytton 2003). La figura 6a ilustra el desarrollo de esfuerzos directamente debajo de la carga de tráfico provocados por la flexión del pavimento. Tales tensiones pueden acabar causando agrietamiento reflectante que se propaga a través de la nueva sobrecarpeta asfáltica y la hace susceptible a falla prematura debido a la intrusión de humedad. Los geosintéticos se han utilizado para mitigar el desarrollo temprano de agrietamiento reflectante a través de una combinación de funciones, que incluyen refuerzo, separación (o protección)

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y barrera (Montestruque, 2002). En consecuencia, el geosintético puede actuar de las siguientes formas: • Desarrollando fuerzas de tensión en la proximidad de la punta de la grieta, lo que reduce tensiones y deformaciones en el material bituminoso. Esta función de refuerzo se consigue utilizando geomallas poliméricas, de acero o de fibra de vidrio. • Creando una interfaz que permite deformaciones horizontales, de manera que puedan desarrollarse movimientos potencialmente grandes sin iniciar falla en el entorno de grietas preexistentes. Este mecanismo ha sido referido como alivio de tensiones, en general usando un geotextil no tejido impregnado en bitumen, y puede ser caracterizado como un despegue controlado. • Proporcionando una barrera hidráulica para impermeabilizar la carpeta asfáltica, incluso después de la reaparición de grietas en su superficie. Este mecanismo también ha involucrado generalmente el uso de geotextiles no tejidos impregnados en bitumen. El uso de un geosintético que cumple la función de refuerzo a lo largo de la interfaz entre la carpeta asfáltica antigua y una nueva sobrecarpeta asfáltica se puede observar en la figura 6b, que ilustra las fuerzas de tensión en el geosintético que pueden detener la progresión del agrietamiento reflectante. Montestruque (2002) llevó a cabo pruebas de laboratorio sobre vigas de concreto asfáltico, reforzadas y no reforzadas, para investigar el uso de geosintéticos en sobrecarpetas asfálticas. Los resultados indicaron un claro mejor comportamiento de los especímenes reforzados. Más recientemente, Correia y Zornberg (2015) indican que el uso de geosintéticos como refuerzo en sobrecarpetas asfálticas no sólo puede mitigar el desarrollo de agrietamiento reflectante, sino que también puede aumentar la capacidad estructural de las carpetas asfálticas.

las estaciones de sequía, como se ilustra en la figura 7a. Durante sequías, la humedad del suelo en la subrasante disminuye en las proximidades de las hombreras del pavimento, lo cual conduce a asentamientos en la zona de las hombreras que no ocurren en las proximidades de la línea central de la carretera, donde el contenido de humedad del suelo permanece aproximadamente constante durante toda la estación de sequía. Por otro lado, durante la temporada de lluvias aumenta el contenido de humedad del suelo en las proximidades de las hombreras del pavimento, lo que provoca un levantamiento de éstas en relación con la línea central de la carretera. De manera similar al caso de la estabilización de base, se han utilizado geosintéticos para mantener la integridad de los materiales de la base granular y, en consecuencia, de las capas estructurales sobreyacentes de una carretera. La rigidización es la principal función que conduce a la restricción de desplazamientos laterales dentro del compuesto suelogeosintético en la capa de base (y al aumento de su confinamiento). Mientras que el geosintético podría ser colocado dentro de la capa de base, la ubicación típica de colocación para facilitar la construcción ha sido la interfaz entre la base y la subrasante. Como se estableció antes, esta es también la ubicación de los geosintéticos para estabilizar la subrasante. En consecuencia, es posible que un geosintético utilizado para minimizar el deterioro causado por cargas ambientales también pueda servir para estabilizar la subrasante de la carretera. Como en el caso de la estabilización de base, los desplazamientos laterales de los agregados de la base que ocurren bajo la carga de tráfico repetido llevan a la degradación de las propiedades mecánicas del material de base granular. Tales desplazamientos son particularmente relevantes en la porción inferior de la capa de base, directamente por debajo Agrietamiento reflectante

7. MITIGACIÓN DE DETERIOROS ORIGINADOS POR ARCILLAS EXPANSIVAS (CARGAS AMBIENTALES)

La presencia de arcillas expansivas en la subrasante provoca un deterioro altamente perjudicial en carreteras debido a cargas ambientales. El deterioro típico de carreteras fundadas sobre arcillas expansivas es el desarrollo de grietas longitudinales causadas por cargas ambientales. Los mecanismos que conducen al desarrollo de semejantes grietas están relacionados con las tensiones de tracción inducidas por la flexión del pavimento debido a los asentamientos que ocurren durante

Geosintético Grieta preexistente

Sobrecarpeta asfáltica nueva Geosintético Carpeta asfáltica antigua Base Subrasante

a

b

Figura 6. Uso de geosintéticos para mitigar agrietamiento reflectante en las sobrecarpetas asfálticas: a) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos.

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Funciones y aplicaciones de geosintéticos en carreteras

ARTÍCULO TÉCNICO

Referencias Barksdale, R. D., S. F. Brown y F. Chan Grieta (1989) Potential benefits of geosynthelongitudinal por cargas tics in flexible pavement systems. Naambientales tional Cooperative Highway Research Geosintético Program Report No. 315. Washington: Transportation Research Board, National Research Council. C.L. C.L. Button, J. W., y R. L. Lytton (2003). GuiCarpeta delines for using geosynthetics with asfáltica HMA overlays to reduce reflective cracking. Report 1777-P2. Proyecto número 0-1777. Austin: Texas Department of Base Transportation. Christopher, B. R. (2014). Cost savings by using geosynthetics in the construction Arcillas expansivas Arcillas expansivas of civil works projects. Proceedings of the 10th International Conference on Geosynthetics. Berlín (CD-ROM). a b Correia, N. S., y J. G. Zornberg (2015). Mechanical response of flexible paveFigura 7. Uso de geosintéticos para mitigar el deterioro causado por arcillas expansivas: ments enhanced with geogrid-reinforced asphalt overlays. Geosynthetics Ina) carretera diseñada sin geosintéticos, b) carretera diseñada con geosintéticos. ternational. 23(3): 183-193. Giroud, J. P., y J. Han (2004). Design del trayecto de la rueda, donde las tensiones de tracción son method for geogrid-reinforced unpaved roads, I. Development of más propensas a desarrollarse. design method & II. Calibration and applications. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering 130(8): 775-797. Se requiere un geosintético con alta rigidez y adecuada interacción con el material de base para mitigar el dete- Holtz, R. D., B. R. Christopher y R. R. Berg (1997). Geosynthetic engineering. Richmond, British Columbia: Bitech Publishers. rioro causado por cargas ambientales. Como en el caso de Holtz, R. D., B. R. Christopher y R. R. Berg (2008). Geosynthetic la estabilización de base, la rigidez del compuesto suelodesign and construction guidelines. Reporte FHWA-NHI-07-092. geosintético, que considera tanto la resistencia al corte de la Washington: US Department of Transportation, Federal Highway Administration. interfaz suelo-geosintético como la rigidez del geosintético, Koerner, R. M. (2012). Designing with geosynthetics. 6ª ed. Vols. 1 y 2. fue identificada como un parámetro que se correlaciona bien Xlibris Corporation. con la mejora del comportamiento en carreteras sujetas a Montestruque, G. (2002). Contribution to the development of a design cargas ambientales (Zornberg et al., 2010). El aumento en el method to retrofit pavements using geossinthetics in anti-reflexion cracks. Disertación para obtener el grado de doctor. Aeronautic confinamiento proporcionado por el geosintético al material Institute, Brazil. de la capa de base mantiene la integridad de la capa de base Perkins, S. W., B. R. Christopher, N. Thom, G. Montestruque, L. (véase figura 7b). Tanto las características friccionales como Korkiala-Tanttu y A. Want (2010). Geosynthetics in pavement reinla trabazón desarrollada en la interfaz entre el suelo y el geoforcement applications. Proceedings of 9th International Conference sintético contribuyen a la restricción lateral. on Geosynthetics. Vol. 1: 165-192. Guarujá. Zornberg, J.G., y B. R. Christopher (2006). Chapter 37: Geosynthetics. En: Delleur, J. The handbook of groundwater engineering, 2a ed. 8. CONSIDERACIONES FINALES Boca Ratón: CRC Press. Este artículo presenta un marco para clasificar las diferen- Zornberg, J. G., y N. Thompson (2010). Guide for the application and tes aplicaciones de geosintéticos en proyectos de carreteras. selection of geotextiles. Doc. 0-5812-P1. Austin: Center for Transportation Research. Una o más de las siete funciones mencionadas se utilizan para mejorar el comportamiento de carreteras en las seis Zornberg, J. G., R. Gupta y J. A. Z. Ferreira (2010). Field performance of reinforced pavements over expansive clay subgrades. Proceedings siguientes aplicaciones: 1) estabilización de la subrasante, of the 9th International Conference on Geosynthetics. Vol. 3: 14812) reducción del entremezclado de capas diferentes, 3) dis1484. Guarujá. minución del contenido de humedad, 4) estabilización de Zornberg, J. G., M. Azevedo, M. Sikkema y B. Odgers (2016). Geosynthetics with enhanced lateral drainage capabilities in roadway la capa de base, 5) mitigación de agrietamiento reflectante systems. Geosynthetics in Transportation Geotechnics. Proceedings en sobrecarpetas asfálticas y 6) mitigación de deterioros of Workshop 1, 3rd International Conference on Transportation originados por arcillas expansivas (cargas ambientales). Geotechnics: 19-20. Guimaraes. Las ventajas de incorporar geosintéticos en cada una Zornberg, J. G., G. H. Roodi y R. Gupta (2018). Stiffness of soilgeosynthetic composite under small displacements: I. Model devede estas aplicaciones son significativas, y las opciones de lopment, closure. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental incorporar geosintéticos deben ser siempre consideradas, Engineering. 144(11).

ya que su uso generalmente involucra soluciones no sólo de mejor comportamiento, sino también más económicas y sostenibles

Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

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RESEÑAS

LIBROS SAVING THE VALLEY OF MEXICO FROM DISASTER: THE NEED AND THE METHOD CONTROLLING LAND SUBSIDENCE, WATER EXTRACTION AND RECHARGE THROUGHOUT AN EXTENSIVE UNDERGROUND BASIN Daniel Reséndiz Núñez et al., II UNAM, 2019

M

uchas áreas urbanas donde los acuíferos subterráneos son la principal fuente de agua limpia están sujetas a la extracción del líquido a una tasa mayor que la recarga natural. Tal sobrexplotación del agua induce asentamientos del terreno y los consiguientes esfuerzos de tensión y grietas en la superficie del suelo, que dañan tanto edificios como infraestructura existentes; el problema se agrava si algunos de los estratos afectados son muy compresibles, como los del Valle de México. Un proceso de ese tipo comenzó en la Ciudad de México poco después de que la tasa de crecimiento de la población aumentara de manera continua a principios del siglo XX. En una publicación anterior en español escrita por tres de los autores del libro reseñado, fechada en mayo de 2017, se explicaron en detalle las relaciones causa-efecto del fenómeno observado y se hizo una propuesta para abordar las consecuencias perjudiciales de la subsidencia. El hundimiento del terreno causado por la extracción de agua no es raro: en muchas otras áreas urbanas del mundo se producen procesos similares, y frecuentemente aparecen nuevos casos. Sin embargo, el problema de la Ciu-

dad de México es sobresaliente porque el proceso de consolidación ha persistido durante prácticamente un siglo, por lo que el asentamiento acumulado ha alcanzado magnitudes impresionantes: de 10 a 14 m hasta ahora en extensas zonas urbanas que descansan sobre gruesos depósitos de suelo compresible de origen lacustre. Además, el proceso se ha extendido más allá de la ciudad: ahora abarca una gran parte del circundante Valle de México. La presente publicación continúa y amplía la anterior para explorar los fenómenos científicos y de ingeniería involucrados en el caso, incluidos los efectos ambientales y la sostenibilidad del proceso. Después de una breve historia del hundimiento local y regional, continúa con un estudio de la bibliografía internacional sobre el tema publicada entre la fecha de nuestro artículo anterior y estos días. Se discuten los resultados de los estudios revisados y su aplicabilidad al caso del Valle de México. La conclusión es que, dadas las grandes dimensiones del territorio afectado, la complejidad de su subsuelo compresible y el hundimiento extremadamente alto ocurrido, será necesaria una reducción drástica de la extracción de agua. Cualquier solución posible requerirá un enfoque diferente al implícito en el algoritmo de optimización en un solo paso, que es el aplicado en otros lugares para casos similares

TESIS Determinación experimental de las propiedades térmicas del suelo del ex Lago de Texcoco Tesis de Diana Margarita Portillo Arreguín para obtener el grado de ingeniera civil Facultad de Ingeniería, UNAM Directora de tesis: Norma Patricia López Acosta

L

Las propiedades térmicas del suelo son fundamentales en el diseño de proyectos de ingeniería que consideran la transferencia de calor, tales como las estructuras termoactivas, el aislamiento de sistemas de cableado subterráneos, el almacenamiento de desechos sólidos y radioactivos, y el congelamiento artificial del suelo como sistema temporal de estabilidad. En la actualidad existen diferentes métodos para su determinación tanto en laboratorio como in situ. Estas pruebas no se efectúan regularmente en México, por lo que existe una falta de información general de las propiedades térmicas de los suelos nacionales. En esta tesis se determinaron experimentalmente las propiedades

térmicas del suelo arcilloso-lacustre del ex Lago de Texcoco por medio del método transitorio de la aguja en 40 muestras inalteradas, con ayuda del equipo KD2 Pro. Asimismo, se determinó la influencia de las propiedades índice en el comportamiento térmico del suelo y se hizo una comparación entre la conductividad térmica obtenida con dos tipos de sensores (aguja simple y aguja doble). Los resultados mostraron que las formaciones arcillosas del sitio tienen baja conductividad térmica, incluso menor que la reportada en la bibliografía para suelos arcillosos. Esto se debe a que se trata de un suelo saturado con altas relaciones de vacíos. También se estableció que las muestras con mayor densidad presentaron la conductividad térmica más alta. Se espera que trabajos como éste ayuden a promover el estudio de las propiedades térmicas de los suelos locales y motiven el uso de las estructuras termoactivas, como las pilas de energía, en México

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NOTA TÉCNICA Walter I. Paniagua Pilotec, S. A. de C. V.

Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos Se ha observado que durante la perforación se presenta el fenómeno de fracturamiento hidráulico de las arcillas blandas, lo que genera pérdida del fluido de perforación, con la consecuente inestabilidad del barreno. Este fenómeno ha sido estudiado anteriormente para otras condiciones. En este trabajo se muestran expresiones analíticas simplificadas para evaluar el problema, además de un ejemplo de aplicación de éstas en un caso real, y algunos comentarios para enfrentar el problema.

D

ebido a la creciente demanda de edificaciones altas en zonas urbanas, se ha extendido la necesidad de construir cimientos cada vez más profundos. Para el caso particular de la Ciudad de México, en la figura 1 se muestra el incremento de profundidad de desplante de cimentaciones profundas –pilas o pilotes–, así como la profundidad de construcción de sótanos desde mediados del siglo XX hasta la fecha. La circunstancia descrita ha obligado a desarrollar procedimientos constructivos que permitan atender estas necesidades, incluyendo los equipos con capacidad adecuada y los procedimientos constructivos pertinentes. En el caso de pilas –cimientos profundos colados en el lugar–, el procedimiento más común es el de la perforación con barretón, estabilizando la perforación con lodos, bentonítico o con polímeros. Tomando en cuenta la baja resistencia al corte de los suelos mostrada en la figura 1, se ha observado que durante la perforación de estos elementos se presenta el fenómeno de fracturamiento hidráulico de las arcillas blandas, lo que genera pérdida del fluido de perforación, con la consecuente inestabilidad del barreno. Este fenómeno ha sido estudiado anteriormente para otras condiciones (Massarsch, 1978). En este trabajo se muestran expresiones analíticas simplificadas para evaluar el proble-

ma, además de un ejemplo de aplicación de éstas en un caso real, y algunos comentarios para enfrentar el problema. Se conoce que el fenómeno de fracturamiento hidráulico se presenta también en otros procesos de perforación, como la perforación rotatoria de pozos de agua o de pozos petroleros. Incluso es una técnica utilizada actualmente para la explotación de hidrocarburos. Estas aplicaciones se encuentran fuera del alcance de este trabajo. FRACTURAMIENTO HIDRÁULICO DE ARCILLAS

Los modelos de fracturamiento hidráulico se desarrollaron inicialmente para la industria petrolera. La producción de un pozo de gas o petróleo puede mejorarse fracturando la roca circundante; el fracturamiento se hace por inyección de agua. Las fracturas que se crean se llenan con arena y se mantienen abiertas. Se puede manejar un área mayor con un solo barreno incrementando la producción del pozo. Los problemas en presas de tierra y enrocamiento también condujeron a más investigación en la formación de fracturas en la cimentación de presas. En este escrito se presenta un modelo general de fracturamiento y reglas para el cálculo en suelos cohesivos (Grotenhuis, 2004). Existen diferentes mecanismos (por tensión o por falla al corte) y suposiciones en los modelos de inyecciones fluidas

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NOTA TÉCNICA

Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos

Sótanos

Cimentaciones 1980-2000

2000-2010

2010-2020

0

10

Elevación (m)

20 1950-1980

30

40 1980-2000

50

2000-2010

60 2010-2020 70 Perfil del suelo: Santoyo et al. (2005).

Figura 1. Evolución de profundidad de cimentaciones y sótanos con el tiempo en la Ciudad de México. Corte estratigráfico en la Zona del Lago de la CDMX (Paniagua, 2018).

en suelos cohesivos (véase figura 2). En todos los modelos se hacen las siguientes suposiciones: • Esfuerzos isotrópicos • Condiciones del suelo homogéneas La mayoría de los modelos tienen una expresión similar. Con algunas simplificaciones y utilizando parámetros representativos del suelo, la ecuación general es: Producto de inyección

pf = Aσmin + Bcu (1) donde pf presión de fracturamiento hidráulico σmin esfuerzo principal menor cu resistencia al corte no drenada A y B parámetros Producto de inyección

Punto de inyección

Suelo a

c

Zona de exceso de presión de poro debida a la deformación plástica

Producto de inyección

Fractura hidráulica

b

d

Figura 2. Modelo conceptual de la inyección en arcilla: a) estado inicial de la inyección; b) inicio del fracturamiento hidráulico; c) penetración del producto de la inyección en la fractura (baja viscosidad); d) penetración del producto de inyección en la fractura (alta viscosidad) (Grotenhuis, 2004).

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Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos

NOTA TÉCNICA

Tabla 1. Valores de los parámetros A y B Autor(es)

Valor de A

Valor de B

Rango de OCR

Bjerrum et al. (fracturamiento directo)

≈ 1.1

?

Bjerrum et al. (fracturamiento después de la expansión)

≈ 1.4

?

Andersen et al.

1

≈ 1.2-1.6

1-1.35

Panah y Yanagisawa

1

1

0.2-1-0

Mori y Tamura

1

1-2

0.5-1.5

Overy y Dean

1

1-2

≈1

Yuan y Koisumi

1

1-2

Los valores de A y B dependen de cambios en la tasa de presión y en la relación de preconsolidación (OCR). La ecuación 1 se aleja de la discusión teórica del mecanismo de fractura: tensión vs. falla por cortante. Puede ser fácilmente utilizada y es congruente con los resultados experimentales. Una ventaja es su simplicidad; no hay que determinar parámetros complicados del suelo. En la tabla 1 se muestran diversos valores de los parámetros A y B, encontrados por distintos autores. Resistencia de punta qc (kg/cm2)

0

0

5

10

Tubo de observación

15

20

5

Piezómetros

10

15

Pv

Profundidad (m)

σv

CRITERIO DE CAMBEFORT

Cuando el cambio de esfuerzos en una distribución radial pasa de compresión a tensión, se inicia la fractura, y la presión de fracturamiento estará dada por la siguiente expresión, debida a Cambefort (1964), citado por Ovando y Santoyo (2002):

20

25

30

pf = •

35

0

10

20 Pv, σv, t/m2

(ν –ν 1)γz + c (2) u

donde ν relación de Poisson γ peso volumétrico del suelo z profundidad cu cohesión del medio o su resistencia no drenada

Arcilla Pv Esfuerzos totales Arena σv Esfuerzos efectivos Fósiles • Esfuerzo de Limo preconsolidación Vidrio t/m2 volcánico

40

45

Se puede considerar el modelo como “la presión de fracturamiento es igual a (varias veces) el esfuerzo principal menor, más una cierta (aparente) resistencia a la tensión”, donde el término Bcu equivale a la resistencia a la tensión. El valor de B se incrementa al aumentarse la tasa de presión, y tiene un valor de entre 1 y 2. Esto coincide con experimentos relativos a la resistencia a la tensión de la arcilla, donde la resistencia a la tensión varió entre 0.4 y 3 veces la resistencia no drenada, dependiendo de la velocidad de deformación (Van Kesteren y Greeuw, 1989). Para el caso de las arcillas blandas de la Zona del Lago de la Ciudad de México, Marsal y Mazari (1959) encontraron que la relación entre la resistencia a la compresión y la resistencia a la tensión presenta valores promedio de 0.5, con valores máximos y mínimos de 0.64 y 0.38, respectivamente. La variación en esta resistencia se puede explicar por la transición de falla frágil (B = 0.4-1.5) a falla plástica (B ≥ 1.5). Los valores de A se ajustan razonablemente bien. Esta consideración muestra que la presión de fracturamiento se puede ver como “el esfuerzo principal menor más una resistencia a la tensión”, que indica que la falla a la tensión es el mecanismo representativo en arcillas.

30

40

Figura 3. Sondeo en la Zona del Lago centro I (Santoyo et al., 2005).

Es importante señalar que en esta expresión no influyen el radio de la perforación, la permeabilidad del medio ni la naturaleza del fluido. Además, implica que el fracturamiento de un suelo cohesivo se presenta aun con presiones relativamente bajas. Experimentalmente, se ha observado que la

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NOTA TÉCNICA

Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos

Tabla 2. Modelo geotécnico para el ejemplo de fracturamiento hidráulico

de

a

Peso volumétrico (t/m3)

I

0.0

1.8

1.6

6

0

0.35

0.5

Estrato

Profundidad (m)

Resistencia no drenada (t/m2)

Ángulo de fricción (º)

Relación de Poisson –

ko –

II

1.8

4.2

1.5

6

0

0.35

0.5

III

4.2

29.8

1.2

5

0

0.45

0.6

IV

29.8

32.5

1.5

15

0

0.3

0.3

Presión (t/m2) 0

5

10

15

20

25

30

35

0 Presión de fracturamiento, ec. 1 Presión de fracturamiento, ec. 2

5

Presión hidrostática lodo

Profundidad (m)

10

15

20

25

30

35

Figura 4. Presiones calculadas para el ejemplo de fracturamiento hidráulico.

presión necesaria para provocar el fracturamiento tiende a ser algo mayor que el valor teórico anterior. La ecuación de Cambefort puede plantearse de diferentes formas; Ovando y Santoyo (2002) la expresan, después de algunas simplificaciones, como: pf = donde u qc

( q5 ) + u (3) c

presión de poro a la profundidad de interés resistencia de punta del cono eléctrico

EJEMPLO DE APLICACIÓN

Se presenta el caso de un depósito arcilloso de consistencia muy blanda, como se muestra en la figura 3. Las propiedades mecánicas asignadas a los diferentes estratos se muestran en el modelo geotécnico de la tabla 2. Para el análisis de la susceptibilidad al fracturamiento hidráulico, se aplicaron las ecuaciones 1 y 2. Los resultados

se muestran en forma gráfica en la figura 4; se aprecia que la presión hidrostática del lodo de perforación es muy similar a la presión para fracturar el suelo alrededor de 12 m de profundidad, independientemente del criterio de cálculo utilizado, y es incluso superior a partir de 15 m de profundidad. Este cálculo concuerda con lo observado por Rangel e Ibarra (2018) en condiciones similares. Se considera que las diferencias mostradas a profundidades menores de 10 m, en los resultados calculados con las ecuaciones 1 y 2, son irrelevantes, tomando en cuenta que convergen a la misma profundidad, aproximadamente, además de que destaca la existencia del fracturamiento hidráulico en las condiciones existentes. Para perforar con ayuda de lodos en las condiciones geotécnicas señaladas, evitando el fracturamiento hidráulico del suelo, se han reportado una o varias de las siguientes soluciones: • Combinar la perforación con ademes metálicos recuperables o permanentes, analizando cuidadosamente la longitud de los ademes para controlar el problema (Paniagua, 2017).

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Fracturamiento hidráulico en suelos cohesivos durante la construcción de cimientos profundos • Utilizar aditivos en el lodo bentonítico o lodo de polímeros para obturar las fracturas que se presentan, como el cloruro de potasio (KCl) o un copolímero de poliacralamida. Esta solución se ha aplicado recientemente (2018) con éxito por el autor. • Realizar inyecciones previas en el suelo, con lechadas de cemento-agua o con productos químicos que mejoren las propiedades mecánicas del suelo en el sitio (León, 2018). COMENTARIO FINAL

El problema del fracturamiento hidráulico durante la construcción de pilas de cimentación en suelos blandos es un reto para el procedimiento constructivo de estos elementos. Es conveniente evaluar la posibilidad de que se presente este problema con las herramientas analíticas mostradas, antes del inicio de los trabajos, para evitar sorpresas durante su desarrollo, y de esta manera plantear una solución viable. Incluso es deseable la ejecución de perforaciones de prueba en las que se implemente la solución prevista, para realizar los ajustes necesarios al procedimiento de detalle Referencias Cambefort, H. (1964). Injection des sols, principes et méthodes. París: Eyrolles.

NOTA TÉCNICA

Grotenhuis, R. T. (2004). Fracture grouting in theory. Modelling of fracture grouting in sand. Tesis de maestría. Delft University of Technology. León, E. (2018). Comunicación personal. Marsal, R. J., y M. Mazari (1959). El subsuelo de la Ciudad de México. México: UNAM. Cap. V: 80-82. Massarsch, K. (1978). New aspects of soil fracturing in clay. Journal of the Geotechnical Engineering Division (104) GT8. American Society of Civil Engineers. Ovando, E., y E. Santoyo (2002). Manual de construcción geotécnica. Cap. 19: Inyecciones por fracturamiento hidráulico. México: Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos. Panah, A. K., y E. Yanagisawa (1989). Laboratory studies on hydraulic fracturing criteria in soil. Soils and Foundations (4)29: 14-22. Paniagua, W. I. (2017). Ingeniería de cimentaciones profundas. Cap. 5: Procedimientos constructivos. México: Sociedad Mexicana de Ingeniería Geotécnica. Paniagua, W. I. (2018). Optimización en la perforación de pilas de cimentación. Trabajo de ingreso a la Academia de Ingeniería. México. Rangel, J. L., y E. Ibarra (2018). Comunicación personal. Santoyo, E., E. Ovando, F. Mooser y E. León (2005). Síntesis geotécnica de la Cuenca del Valle de México. México: TGC. Van Kesteren, W. G. M., y G. Greeuw (1989). The undrained tensile behaviour of clay. Direct tensile strength measurements on clay. Proceedings of the 12th International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Río de Janeiro. Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org


ANECDOTARIO Janardanan Ondan Uppot

La historia de mi viaje a México En 1971, dos años después de que se inauguraron las primeras tres líneas del metro de la Ciudad de México, el ingeniero geotecnista indio Janardanan Ondan Uppot (Kannur, Kerala, India) llegó a trabajar a ICA, invitado por Bernardo Quintana Arrioja, como lo relata en su historia. Por razones de su especialidad, el ingeniero Uppot entró a trabajar en la empresa Solum del Grupo ICA, donde permaneció siete años, durante los cuales aplicó sus conocimientos y habilidades aprendidas en su país natal al tiempo que adquirió nuevas experiencias derivadas de trabajar en el ambiente geotécnico mexicano y en especial en el de la Ciudad de México. Más adelante cambió su campo de actividades a los Estados Unidos, donde obtuvo su grado de doctor y se dedicó principalmente a la docencia, para llegar a ser actualmente profesor emérito de la McNeese State University ubicada en Lake Charles, Luisiana. Juan Jacobo Schmitter

L

a razón por la que vine a México dades de llegar a su destino: el escritorio a trabajar en ICA es que, estande la oficina del Sr. Quintana. Aun si la do en India, después de terminar recibía y la leía, podría pensar que era una mi maestría en Ingeniería geotécnica broma y la tiraría a la basura. Era un tiro y buscar trabajo, leí un artículo acerca en la oscuridad; de todas formas, puse la de México, la ciudad que se hunde, y carta en el correo y me olvidé de ella. sobre una empresa de nombre ICA, funNo obstante, contra todas las probabilidada por un ingeniero civil mexicano, dades, la carta fue recibida por el ingenieBernardo Quintana Arrioja, que estaba ro Quintana, ¡a pesar de lo incompleto de construyendo un sistema de tren subtela dirección postal! Él estaría sorprendirráneo (el metro) en un sitio de grandes do, divertido y contento de leer mi carta. retos geotécnicos, donde el subsuelo es He aquí un joven del otro lado del mundo arcilla blanda de origen volcánico y su que le escribe para tener oportunidad de superficie se está hundiendo. trabajar en su proyecto tan demandante Yo estaba impresionado y quería geotécnicamente (el metro). trabajar en ese sitio geotécnicamente Él me escribió diciendo lo feliz que demandante, pero ¿cómo tendría una estaba de que una persona tan lejos de oportunidad de ir allí, si lo que leí era México se hubiese enterado acerca del una noticia aislada y no un anuncio? No proyecto. Me pidió venir, me envió un había dirección, sólo el nombre de la En Estados Unidos obtuvo su grado boleto de avión para la Ciudad de México empresa, el de su presidente, el de la ciu- de doctor y se dedicó principalmente y cien dólares para gastos. dad y, desde luego, el del país, México. a la docencia. Habían pasado tres meses desde que es¿Cómo podría obtener un trabajo allí? cribí la carta y me había olvidado de ella, Estaba loco, quería una oportunidad y decidí solicitarle a la así que fue la mayor de las sorpresas recibir la suya; estaba empresa que me permitiese trabajar ahí. Mi carta fue dirigida estupefacto. Era como maná caído del cielo y le respondí a: “Ingeniero Bernardo Quintana Arrioja, presidente del Gru- agradeciéndole y comentándole que iría a México en un mes. po de Empresas ICA en la Ciudad de México, país México”. Fui a mi casa y le conté a mi madre acerca de la oferta de Una dirección totalmente incompleta y con pocas probabili- trabajo y que estaría viajando a México en un mes. Ella no

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La historia de mi viaje a México sabía dónde estaba México, pero estaba feliz. Me preguntó cuándo regresaría y le dije que no sabía, pero que podrían ser varios años. –¡Imposible, no te puedes ir sin haberte casado! Yo entonces era soltero, y ella estaba planeando mi casamiento, buscando una esposa tradicional india. –¡No puedes irte sin haberte casado, ya que de otra manera te casarías con una chica mexicana, te quedarías en México y nunca regresarías! Yo pensaba que casarse con una bonita chica mexicana era una buena idea y le dije que definitivamente volvería con una esposa mexicana. –Imposible –dijo ella–. No te dejaré ir sin que te cases. Encontraremos una chica, te casarás con ella y después te irás solo. Podrás estar con ella más adelante. Así empezó el proyecto “¡Búsqueda de chica!”, y un mes era el tiempo límite. Mi madre investigó aquí y allá. Entramos en el proceso de visitar las casas de las jóvenes para entrevistarnos con la familia y la muchacha por primera vez. Si nos gustábamos, comparábamos horóscopos para ver si las estrellas coincidían y estableceríamos una fecha de boda. Todo ello sucedió, así que el matrimonio se celebró dentro del plazo disponible. La noche de la boda fue la tercera vez que me encontraba con la joven, que hoy es mi esposa. En una tímida presentación ante ella como su esposo, le pregunté: “¿Cómo te va?” Así que un mes después, luego de una semana de mi matrimonio, volé solo a la Ciudad de México. Dos personas me estaban esperando en el aeropuerto para recibirme y llevarme a un hotel. ¡Yo no hablaba ni una palabra de español!, pero pude manejar la situación. Era domingo, y tomé un taxi para encontrar el edificio de ICA en el número 145 de la calle Minería. Al siguiente día fui al edificio de ICA y a Solum, S. A., la empresa geotécnica de ICA, donde trabajaría. Me entrevisté con el ingeniero Alberto González Avendaño, gerente de Solum, quien me llevó ante el ingeniero Juan Jacobo Schmitter, mi jefe inmediato; éste me explicó el trabajo que desarrollaría y me presentó a mis colegas ingenieros, que fueron muy amistosos y me ayudaron a acostumbrarme al trabajo que desarrollaría. Me dijeron que no fuera a una escuela de idiomas para aprender español, que podría aprenderlo en las calles, porque tenía que comer; dijeron que ellos también podían enseñarme español en el lugar de trabajo. Empezaron por las groserías y palabrotas, indicándome que eran las primeras que necesitaría con más frecuencia. Y como práctica me hicieron decir algunas de estas palabras a las secretarias, quienes por supuesto se rieron de ello porque se dieron cuenta de lo que estaba pasando. En la primera semana fui invitado a la oficina del ingeniero Bernardo Quintana, quien me dio la bienvenida. A los seis meses, mi esposa me alcanzó y empezó a aprender a cocinar comida mexicana, con enseñanzas de las amigas

❘ ANECDOTARIO

De izquierda a derecha: Juan Manuel Zurita Sosa, Ángel Borja Navarrete, Janardanan Uppot, Bernardo Quintana Arrioja y Raúl López Roldán.

que hicimos, y también pude practicar mis palabrotas en español con ella diciéndole que eran elogios, lo cual me agradeció. Así que, con mucha suerte, gracias a Dios y al ingeniero Bernardo Quintana vine al sitio al que quería llegar, un lugar geotécnicamente demandante para los ingenieros civiles para construir cualquier estructura, no digamos un metro subterráneo. Este es el último lugar del planeta para construir una ciudad: el subsuelo es la más blanda de las arcillas, el terreno se está hundiendo y el agua no escurre porque el nivel del terreno es bajo con respecto a las montañas que lo rodean. Pero los ingenieros civiles de México construyen una ciudad capital normal en este imposible sitio con todos los problemas tan demandantes en lo geotécnico: el terreno que se hunde, el asentamiento de los grandes edificios y la inundación debida al pobre drenaje han sido resueltos por ellos, y Bernardo Quintana se puso al frente al formar la gran empresa ICA. Ellos construyeron el metro subterráneo, el Sistema de Drenaje Profundo y todo tipo de edificios altos y grandes, puentes y otras estructuras en México, la ciudad que se hunde, gracias a ICA, la gran ingeniería civil mexicana y el ingeniero Bernardo Quintana, el pionero de quien leí en la revista Time en un lejano lugar de India. Así que finalmente vine con mi familia; dos de nuestros hijos aquí nacieron, y ellos son los mexicanos que llevé conmigo cuando dejé el país después de siete años (abril de 1971 a junio de 1978) de una vida emocionante durante la cual tuve que conocer, aprender y participar en la construcción de grandes proyectos en esta gran ciudad, única en su clase en este mundo. Tuve tanto conocimiento acerca de esta ciudad que se hunde que me volví experto y llevé a cabo muchas presentaciones en colegios y sociedades técnicas de ingenieros en distintos lugares de Estados Unidos y de India. Gracias, ICA; gracias, ingeniero Bernardo Quintana. ¡Viva México! Apreciamos su opinión e información sobre el tema de este artículo. Escríbanos a geotecnia@heliosmx.org

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Reconstrucción, retos y oportunidades PRIMER SIMPOSIO INTERNACIONAL DE DRO Y CORRESPONSABLES

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os días 7, 8 y 9 de agosto, la Asociación Mexicana de Directores Responsables de Obra y Corresponsables, A. C. (AMDROC), en colaboración con varias sociedades técnicas, entre ellas la SMIG, realizó el Primer Simposio Internacional de DRO y Corresponsables, cuyo lema fue “Reconstrucción, retos y oportunidades”, al que acudieron 160 personas. El primer día se impartieron los cursos “Rehabilitación sísmica de infraestructura urbana y criterios normativos para edificios” y “Aspectos legales del actuar de los DRO y corresponsables”. El 8 de agosto se llevó a cabo la ceremonia de inauguración, con un presídium integrado por Jesús Esteva Medina, secretario de Obras y Servicios del gobierno de la Ciudad de México; Renato Berrón Ruiz, director del Instituto para la Seguridad de las Construcciones (ISC) de la CDMX; César Cravioto Romero, comisionado para la Reconstrucción de la Ciudad de México; Francisco Chacón García, presidente de la AMDROC nacional; Francisco Silva, presidente de Colegio Nacional de Ingenieros Arquitectos; Jorge Serra, vicepresidente del Consejo Directivo del Colegio de Ingenieros Civiles de México; Susana Miranda, presidenta del Colegio de Arquitectos de la Ciudad de México; Ricardo Domínguez, presidente del Colegio de Ingenieros Mecánicos y Electricistas; Rodolfo Sánchez Zaragoza, presidente de Arquitectos Directores Responsables de Obra,

Corresponsables y Peritos en Desarrollo Urbano de la Ciudad de México, A.C., y Arturo H. Martínez Bernal, presidente de la Asociación Nacional de Ingenieros Arquitectos Directores Responsables de Obra, Corresponsales y Peritos en Desarrollo Urbano, A.C. Por parte de la SMIG participó Gabriel Auvinet con la conferencia “Agrietamiento del suelo en el Valle de México”; ese mismo día se desarrolló la mesa

redonda “Experiencias estructurales y geotécnicas después del sismo de 2017”, en la que participaron Francisco García Jarque, de la Sociedad Mexicana de Ingeniería Estructural; Renato Berrón Ruiz del ISC, Raúl Jean Perrilliat de la SMIE, Gabriel Auvinet y Raúl Aguilar de la SMIG. El área expo-comercial estuvo integrada por empresas de prestigio en la industria de la construcción. El simposio concluyó con un brindis y cena-baile

Bienvenidos nuevos socios • Saulo Ismael Catzin Borges • Carlos Alberto Charles Cruz

• Audómaro Márquez Tapia • Pedro Martín Pacheco Valdovinos

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• Maribel Trujillo Valladolid

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Curso de cimentaciones profundas en Guayaquil

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el 29 al 31 de agosto se realizó en Guayaquil, Ecuador, un curso de cimentaciones profundas organizado por el grupo ecuatoriano de la American Society of Civil Engineers, la Universidad Católica de Santiago de Guayaquil, la Escuela Superior Politécnica del Litoral y la Cámara de la Construcción de Guayaquil. En el curso se abordaron temas selectos de diseño y construcción de cimentaciones con pilotes y muros pantalla, pruebas de carga en pilotes e instrumentación, y se revisaron casos locales de cimentaciones profundas.

Participaron conferencistas de Argentina, Ecuador, Perú y México, académicos y especialistas en las áreas de construcción y diseño geotécnico de cimentaciones. En representación de México, Manuel Jesús Mendoza López, investigador del Instituto de Ingeniería de la UNAM y miembro activo de la SMIG, y Walter I. Paniagua Zavala, decano del Consejo Consultivo de la SMIG, fueron invitados

para impartir los módulos “Ventajas de instrumentar: puente urbano sobre cajón de cimentación y pilotes de fricción”, “Sobre el mecanismo de carga y el diseño geotécnico de pilas”, “Pruebas de carga estática, dinámica y estático-dinámica”, “Procedimientos constructivos de pilotes hincados” y “Procedimientos constructivos de pilas (perforadas y vaciadas in situ)”

Nueva secretaria del Comité Técnico ISSMGE TC201

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n el marco del 17º Congreso Europeo de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica que se llevó a cabo en Reikiavik, Islandia, del 1 al 6 de septiembre de 2019, se eligió a la nueva secretaria del Comité Técnico TC201 “Aspectos geotécnicos de diques y bordos, y protección costera”, un comité perteneciente a la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica presidido por Cor Zwanenburg. El día 2 de septiembre, en reunión interna de los miembros del comité, se decidió aceptar la renuncia del secretario en funciones, Martin Pohl y considerar a Norma Patricia López Acosta para quedar al frente de la secretaría. El cambio oficial se realizará en febrero de 2020. López Acosta ha tenido una participación activa como miembro del comité desde 2010. Es investigadora titular y coordinadora de Geotecnia del Instituto de Ingeniería de la UNAM; preside el Comité Técnico Flujo de Agua en Suelos de la SMIG y fue vicepresidenta de nuestra organización en la Mesa Directiva 2015-2016

De izquierda a derecha: atrás, Cor Zwanenburg y Martin Pohl. Al frente: Norma Patricia López Acosta y Meindert Van, presidente anterior del TC201.

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Delegaciones regionales

Curso de dinámica de suelos en Puebla

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l pasado 7 de junio, en las instalaciones del Colegio de Ingenieros Civiles del Estado de Puebla y con un lleno de la sala, se llevó a cabo el curso “Dinámica de suelos”, impartido por Raúl Aguilar Becerril, quien cuenta con más de 14 años de experiencia en dinámica de suelos y respuesta sísmica del terreno. El objetivo del curso fue proporcionar las herramientas necesarias para analizar y diseñar racionalmente las cimentaciones considerando los movimientos procedentes del suelo y transformándolos en valores permisibles que permitan una operación segura. El ponente comenzó por explicar las propiedades dinámicas del suelo, el comportamiento de éste ante excitaciones externas, el origen de los sismos y las tecnologías utilizadas para instrumentar el suelo mediante técnicas directas o indirectas de prospección con

la finalidad de caracterizarlo en términos de propiedades dinámicas. Abordó posteriormente la interacción suelo-estructura con enfoque tanto superficial como profundo, la observación del fenómeno en su cualidad lineal y no lineal, licuación de arenas y hundimiento regional. Expuso las normas técnicas

complementarias que son consideradas para el ajuste de parámetros espectrales, la evolución de las propiedades dinámicas con el tiempo, la protección bajo el comportamiento no lineal estructural y finalmente los efectos de la interacción dinámica suelo-cimentación-estructura, cinemáticos e inerciales

Conferencia “Interacción suelo-estructura”

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l cambio de Mesa Directiva 2019-2020 de la delegación Tabasco de la SMIG se realizó el pasado 12 de julio en las instalaciones de la delegación estatal de la Cámara Mexicana de la Industria de la Construcción. En este contexto también se llevó a cabo la conferencia magistral “Interacción suelo-estructura”, impartida por Luciano Roberto Fernández Sola, investigador del Departamento de Materiales de la UAM Azcapotzalco.

Posteriormente, se dio paso al informe de trabajo de la mesa directiva saliente, en voz de Mario Sánchez Solís, quien se refirió a los logros alcanzados durante esa gestión y convocó a la nueva directiva a continuar avanzando con la difusión y organización de cursos de capacitación en el área geotécnica. Para terminar, Moisés Juárez Camarena, actual presidente de la SMIG, tomó protesta a la Mesa Directiva 2019-2020. José Trinidad Briseño Rodríguez expuso el plan de trabajo del presente año, el cual incluye la promoción de nuestra sociedad ante cámaras y colegios con el propósito de asociar más agremiados, acercarse a las universidades que cuentan con carreras afines a la ingeniería para organizar capítulos estudiantiles y programar conferencias, entre otras muchas actividades. El acto finalizó con el agradecimiento de los organizadores a todas las personas que participaron, en especial al presidente de la SMIG por su apoyo físico y moral, y al conferencista por tan interesante tema

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Capítulos estudiantiles Posgrado de la UNAM

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l Capítulo Estudiantil de Posgrado de la UNAM rindió protesta ante la SMIG el pasado 29 de agosto para el periodo 2019-2020. El acto dio inicio con la presentación del presídium, conformado por Moisés Juárez Camarena, presidente de la SMIG; Gerson Vázquez Salas, coordinador de Capítulos Estudiantiles ante la SMIG; Raúl Aguilar Becerril, de Sísmica de Suelos, S.A.

de C.V., así como Daniel Antonio Rosales, José Manuel Piedras Salgado y Kitzia Arizmendi López, presidente, secretario y tesorera, respectivamente, del nuevo capítulo estudiantil. Raúl Aguilar impartió la conferencia “Aspectos relevantes de la respuesta sísmica en los eventos de septiembre de 2017”, la cual tuvo como objetivo contextualizar la actividad sísmica que se vivió durante los sismos de ese año, analizar los espectros de respuesta en esos eventos y dar un panorama general de lo que se puede esperar en las respuestas de los suelos del Valle de México por el fenómeno de hundimiento regional. Una vez concluida la conferencia y la sesión de preguntas y respuestas, Moisés Juárez Camarena entregó un reconocimiento a Raúl Aguilar Becerril por su valiosa participación. A continuación tuvo lugar el acto de toma de protesta del Capítulo Estudiantil de Posgrado, dirigido por Gerson Vázquez. Para finalizar, Daniel Antonio Rosales expresó algunas ideas y reiteró el compromiso de la nueva mesa directiva que él preside para llevar a cabo de manera satisfactoria todas las actividades planificadas en el periodo en curso

Unitec campus Atizapán

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l pasado 24 de junio se realizó el acto para tomar protesta al capítulo estudiantil de la carrera de Ingeniería civil, Facultad de Ingeniería de la Unitec campus Atizapán ante la SMIG para el periodo 2019-2020. El encuentro se realizó en la biblioteca del campus, y en ese contexto se celebró la conferencia titulada “Estabilización del corte de la rampa en la excavación de torre The Summit, Santa Fe”, dictada por César Gutiérrez Ávila, profesor de Comportamiento de suelos en esa universidad. El acto protocolario estuvo encabezado por Francisco Myrell Castro, director del Área de Ingeniería Civil del campus; Moisés Juárez Camarena, presidente de la SMIG, y Gerson Vázquez Salas, coordinador de Capítulos Estudiantiles ante la SMIG. El nuevo capítulo, representado por su presidente Miguel Ángel Valadez Co-

varrubias y el tutor José Luis Rodríguez Torres, rindió protesta ante los representantes de la SMIG nacional. Miguel Ángel Valadez dirigió unas palabras a los miembros del capítulo y a los representantes de la SMIG, mientras que el tutor hizo una breve presentación de la historia de la SMIG.

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Juárez Camarena y Vázquez Salas invitaron a promover la ingeniería geotécnica y a participar en las distintas actividades que realiza la SMIG, así como a realizar actividades conjuntas con el capítulo estudiantil. Para finalizar, la Unitec Atizapán otorgó reconocimientos por el apoyo para realizar esa ceremonia

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Vivir el progreso.

Liebherr MĂŠxico S. de R.L. de C.V. German Centre - Avenida Santa Fe 170 / 2-2-02 Col. Lomas de Santa Fe, 01210 Ciudad de MĂŠxico Tel.: +52 55 5001 5960 info.mex@liebherr.com www.facebook.com/LiebherrConstruction www.liebherr.com

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